JP2008248780A

JP2008248780A - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP2008248780A
Application number: JP2007090673A
Authority: JP
Inventors: Gonosuke Inamura; 豪乃助稲村
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【目的】
イオン電流検出におけるＳ／Ｎ比向上のためのイオン電流検出電源電圧の高電圧化を、点火コイルの出力性能を低下させず、且つ内燃機関の点火時期の進角も防いで実現する点火装置の提供。
【解決手段】
１次電流遮断素子により１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、２次コイル低圧側にイオン電流検出用電源回路とイオン電流増幅回路が配置されており、イオン電流増幅回路出力電圧と、プラグギャップ間放電期間中に１次コイルへ誘導される電圧波形による外部からの信号入力を必要としない自立制御によって２次コイル出力電流経路を切り替える手段を持ち、イオン電流検出用電源の充電動作による２次コイル出力エネルギの損失を抑制できる点火装置とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用点火装置に関し、特に点火コイルの出力エネルギ損失の低減手段をもつ内燃機関用イオン電流検出装置に関する。

自動車エンジンなどの内燃機関において、図８に開示されたイオン電流検出をもつ内燃機関用点火装置がある。図８において、１はバッテリ電源、２は点火プラグ、３は点火コイル、３１は１次コイル、３２は２次コイル、４は制御回路、５は１次電流遮断素子、６はイオン電流検出用電源回路、７はイオン電流増幅回路である。イオン電流検出用電源回路６において、６１はイオン電流検出電源電圧作成用ＺＤ、６２はイオン電流検出電源用コンデンサ、６３は２次放電電流経路用ダイオード、６４はイオン電流検出用抵抗である。イオン電流増幅回路７において、７１は入力保護ダイオード、７２はイオン電流増幅回路である。

図８に開示されたイオン電流検出をもつ内燃機関用点火装置の動作波形を図９に示す。点火信号ａのHighレベルが入力されると、１次コイル３１に電流ｂが通電開始され２次コイルに高電圧が誘導される。この時に発生する高電圧は２次コイルの低圧側がイオン電流検出用電源電圧ｅでバイアスされているため、前記高電圧はイオン電流検出用電源電圧ｅに重畳される。この時に発生する高電圧の自由振動によって、イオン電流検出電源用コンデンサが充放電されるためイオン電流増幅回路は自由振動に応じた電圧波形を出力する。点火信号ａがＬｏｗレベルに切り替わると、１次コイル電流ｂが遮断され１次コイルに発生する逆起電圧の２次コイル巻数／１次コイル巻数倍の高電圧が２次コイル３２に誘導される。この高電圧がプラグギャップ間の絶縁破壊電圧を超えるとプラグギャップ間放電が開始され、内燃機関のシリンダー内壁からプラグギャップのＧＮＤ−電極間放電を経て２次コイル、２次コイル低圧側に接続されるＺＤをブレークさせて２次コイル放電電流経路用ダイオード６３を経てＧＮＤに至るループで２次コイル電流ｄが、通電される。２次コイル電流によってブレークダウンするイオン電流検出電源電圧作成用ＺＤ６１のブレークダウン電圧によってイオン電流検出電源用コンデンサ６３が充電され、プラグギャップ間放電が終了し残留エネルギによる２次コイルの自由振動が収束した後、プラグギャップ間に燃焼による火炎を通してイオン電流検出電源用コンデンサ６３は放電を開始し、放電電流波形をイオン電流増幅回路がイオン電流波形として電圧波形を出力する。

ここで点火コイルの出力特性上問題となるのが２次放電電流経路中に存在するＺＤ６１である。プラグギャップ間放電中、すなわち２次コイルのエネルギ出力期間の全期間においてＺＤ６１はブレークダウンの状態でありＺＤ６１において、Ｅｄ＝｛（２次放電電流（Ｉ２）×ＺＤ６１ブレークダウン電圧（Ｖｚ））／２｝×プラグギャップ間放電時間（Ｔ２）の損失が発生する。この為、２次コイル出力エネルギＥ２は、点火に使用できるエネルギからＺＤ６１で発生する損失Ｅｄが差し引かれ、Ｅ２−Ｅｄのエネルギしか利用できない。

点火に利用できるエネルギは、ＺＤ６１のブレークダウン電圧に反比例の関係で低下していくが、イオン電流検出において検出するイオン電流はｕＡオーダの微少電流で、検出回路に重畳されるノイズとの分離は大きな問題であり、イオン電流検出装置の耐ノイズ性の向上にはイオン電流検出時におけるプラグギャップ間印加電圧を高電圧化し、検出対象であるイオン電流を高電流化することによるＳ／Ｎ比の向上が効果的である。しかし、イオン電流検出時におけるプラグギャップ間印加電圧を高電圧化することは、図８におけるＺＤ６１の高電圧化を意味し図９に示す特性の様に点火に利用できるエネルギが低下してしまう。イオン電流検出性の向上と点火性能の向上は相反する特性であり、両者の特性を同時に向上させるためには、あらかじめＺＤ６１で損失するエネルギを見越した点火コイル設計が必要であり、イオン電流検出性を向上すればするほどＺＤ６１での損失を賄う為の余剰エネルギを必要とし、効率的な点火コイル設計ができない。

また、イオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置において、２次コイル低圧側はイオン電流検出用電源回路によってプラグギャップ間印加電圧（Ｖｉｏｎ）でバイアスされていることから１次電流通電開始時に２次コイルに１次コイルと２次コイルの相互誘導によって誘起される高電圧はＶｉｏｎを基準にＶ２ｏｎ＝バッテリ電圧（Ｖ１）×１次／２次コイル巻数比（ｎ１／ｎ２）の電圧が発生し、プラグギャップ間にはＶ２ｏｎ＋Ｖｉｏｎの電圧が印加される。この電圧が高すぎると内燃機関の点火時期の進角（過早点火）を引き起こす原因となる。

イオン電流検出機能をもつ内燃機関において、上述の問題を回避する手段として１次コイルと２次コイルの巻数比を低減する解決策があるが、１次電流通電時に２次コイルに誘導される高電圧はイオン電流検出用電源回路電圧に重畳されるので、イオン電流検出用電源電圧を高電圧化しＳ／Ｎ比を向上しようとすると、内燃機関における点火時期の進角（過早点火）の危険性が増すことになる。

内燃機関における点火時期の進角（過早点火）を回避するため、前記の解決策を用いると１次コイルと２次コイルの巻数比の低減により点火性能が低下することにより、イオン電流検出用電源電圧の高電圧化には限界が生じＳ／Ｎ比の向上は困難であった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、イオン電流検出におけるＳ／Ｎ比向上のためのイオン電流検出電源電圧の高電圧化を、点火コイルの出力性能を低下させず、且つ内燃機関の点火時期の進角（過早点火）も防いで実現できる、イオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような構成とする。すなわち、請求項１においては、電子制御される１次電流遮断素子により１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、２次コイル低圧側にイオン電流検出用電源回路とイオン電流増幅回路が配置されており、イオン電流増幅回路出力電圧と、プラグギャップ間放電期間中に１次コイルへ誘導される電圧波形による外部からの信号入力を必要としない自立制御によって２次コイル出力電流経路を切り替える手段を持ち、イオン電流検出用電源の充電動作による２次コイル出力エネルギの損失を抑制できることを特徴とするイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置とする。

請求項２では、２次コイル出力電流経路を切り替える手段としてコレクタ−エミッタ間もしくはドレイン−ソース間にＺＤをもつスイッチング素子を使用し、素子に内蔵するＺＤによってイオン電流検出電源電圧を作成することを特徴とするイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置とする。請求項３では、１次電流通電開始時に２次コイル出力電流経路の切り替え手段によりイオン電流検出電源の充電電荷を放電し、２次コイル低圧側と基準電位との電位差をほぼ等電位とすることで１次電流通電開始時に２次コイルに発生する高電圧を抑制することができ、前記の２次コイル出力電流経路の切り替え動作とイオン電流検出電源の充電電荷の放電が、１次電流遮断素子の駆動回路に点火信号が入力されてから１次電流遮断素子が通電開始するまでの遅延時間内でなされることを特徴とするイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置とする。

上記構成により、１次電流遮断素子のゲート直列抵抗を上述の範囲で調整し、点火信号をスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御に用いることによって１次電流通電開始時に２次コイルへ誘導される高電圧を抑制し内燃機関の点火時期の進角（過早点火）を防ぐことができる。

また、２次コイル電流出力期間でのスイッチング素子をオンオフ制御するＡＮＤ回路の出力と、上記点火信号波形処理後の矩形波をＯＲ回路に入力する回路を構成することによって、点火信号入力から１次電流通電開始までの期間にもスイッチング素子を通電状態とすることができ、コンデンサの充電電荷を放電することができ、点火性能低下の抑制と１次電流通電開始時における２次コイルの高電圧発生の抑制を両立することができる。

また、本発明は組み合わされる１次及び２次コイルに依存することなく、外部からの独立した制御信号を必要とせずに２次コイル電流経路を切り替えてイオン電流検出用電源回路での点火コイルの出力エネルギ損失を抑制し、１次電流通電開始時に２次コイルに生じる高電圧を抑制することができるイオン電流検出機能付き内燃機関用点火装置を実現できる。

さらに、スイッチング素子に関し、ＩＧＢＴもしくはＭＯＳ−ＦＥＴでは同一半導体上にＺＤ又はＤを構成しコレクタ−エミッタ間もしくはドレイン−ソース間特性としてＺＤ特性を持たせることは一般的である。つまりスイッチング素子に上記半導体スイッチング素子を用いることで、ＺＤはスイッチング素子に内蔵される素子となり部品点数の削減が可能である。

本発明の実施例は、１次電流遮断素子５による電子制御によって１次電流がオンオフされる１次コイル３１と前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイル３２と、前記１次コイルと前記２次コイルを内包するコイルケースを備える内燃機関用点火装置において、具体的には参考例として示す図６の様な回路によって、２次コイル低圧側にイオン電流検出用電源回路６とイオン電流増幅回路７を配置し、イオン電流検出用電源電圧作成用ＺＤ６１とスイッチング素子６２及びコンデンサ６３と並列に配置する。スイッチング素子６２は２次コイル電流検出用抵抗６４によって接地され、スイッチング素子６２と電流検出用抵抗６４の中間点はイオン電流増幅回路７へ入力される。イオン電流増幅回路７の出力はイオン電流波形が出力される経路と、Ｔ２‘における２次コイル出力電流値に対する出力電圧値として設定される敷居値８１と比較する比較回路８に入力され比較回路８は矩形波電圧出力を行う。

一方、１次コイル３１と１次電流遮断素子５が接続される中間点から分圧抵抗１１を介して、任意の敷居値電圧９１と比較する比較回路９に２次コイル電流出力期間において１次コイルに誘導される電圧波形が入力され、２次コイル電流出力期間に相当する矩形波電圧が比較回路９から出力される。比較回路８及び９から出力された矩形波電圧はＡＮＤ回路１０に入力され２次コイル電流出力開始からＴ２‘までの矩形波出力がＡＮＤ回路１０からなされる。ＡＮＤ回路１０から出力される矩形波電圧がスイッチング素子６２のゲートに入力され、ＡＮＤ回路１０の矩形波出力期間、すなわち２次コイル電流出力開始からＴ２‘までの期間スイッチング素子６２が通電状態となり２次コイル電流経路を構成する。

尚、２次コイル電流の出力開始時において、ＺＤ６１での損失発生を防ぐため１次電流遮断素子５の遮断時に１次コイル３１に生じる逆起電圧を分圧抵抗１１からなる起動回路によってスイッチング素子６２のゲートを駆動し通電状態とする。この時の２次コイル電流経路は、プラグギャップ間を介してＧＮＤ→プラグ高圧電極→２次コイル→スイッチング素子→ＧＮＤからなる経路を持ち点火コイル出力エネルギを低下させるイオン電流検出電源電圧作成用ＺＤ６１を含まない。よって、内燃機関の点火時期において点火コイルの出力エネルギを低下させることなくプラグギャップ間に供給することができる。２次コイル放電電流が低下し、イオン電流増幅回路７の出力電圧が比較回路８で設定される２次コイル出力電流値に対する敷居値電圧８１を下回ると、スイッチング素子６２は遮断状態となりイオン電流検出電源電圧作成用ＺＤ６１がブレークダウンし、ＺＤ６１のＶｚでコンデンサ６３を充電すると共にプラグギャップ間放電の終了まで２次コイル出力電流の経路を作成する。

プラグギャップ間放電が終了し、内燃機関が燃焼状態にあればコンデンサ６３の充電電荷は火炎を経路として放電し、コンデンサ６３の放電電流はイオン電流増幅回路７によって任意の増幅率の出力電圧波形として得ることができる。この時の出力電圧によっても比較回路８より矩形波電圧出力がなされるが、ＡＮＤ回路１０を設けることによって燃焼判定期間におけるスイッチング素子６２の通電状態への移行を防いでいる。

図７において、１次電流通電開始時にコンデンサ６３のスイッチング素子６２による放電動作は点火信号をＡＮＤ回路１０の出力と共にＯＲ回路１２に入力し、ＯＲ回路１２の矩形波出力電圧をスイッチング素子６２のゲートに入力するようにすれば、１次電流通電開始時にコンデンサ６３の電荷を放電動作と、２次コイル電流出力期間におけるスイッチング素子６２のオンオフ制御を両立することができる。

スイッチング素子６２はＺＤを内蔵したＩＧＢＴもしくはＭＯＳ−ＦＥＴを使用する。この場合、内蔵するＺＤをイオン電流検出電源電圧作成用ＺＤ６１として使用すれば、スイッチング素子６２とＺＤ６１は同一半導体上に構成されるため、部品点数の削減ができ、小型、安価ではんだ等による接続加工箇所が削減出来ることによる信頼性の高い、イオン電流検出機能を持つ内燃機関用点火装置を実現できる。

以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当該点火装置が必要なあらゆるエンジンに使用できるものである。この発明の精神に基づき当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

上記実施例におけるイオン電流検出電源用コンデンサ６３に充電される電荷量は２．７ｕＣ〜８ｕＣ程度で、この電荷量の充電に必要なエネルギは、０．１ｍＪ〜１．３２ｍＪ程度であり、コンデンサ６３の充電で失われるエネルギは内燃機関により異なるが３０ｍＪ〜９０ｍＪ必要とされる点火コイルの出力エネルギに対しほとんど影響を及ぼさない。一方ＺＤ６１での損失は、Ｖｚ及びプラグギャップ間放電時間に比例し、図９の様に損失が発生する。つまり、２次コイルのエネルギ出力期間において、コンデンサ６３の充電完了後もＺＤ６１のブレークダウンが継続され２次コイル出力電流経路が形成されることによる、ＺＤ６１での損失が点火コイル出力エネルギ損失の本質である。そこで、イオン電流検出電源用コンデンサ６３の充電経路と、２次コイル出力電流経路をＺＤ６１を含まない様に切り替えるようにすれば、点火コイルの出力エネルギの損失は、コンデンサ６３の充電エネルギのみであり、点火性能はほとんど低下しないイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置を構成することができる。

前述の課題を解決するため本発明では図１に示す次の構成とする。すなわち、１次電流遮断素子５による電子制御によって１次電流がオンオフ制御される１次コイル３１と、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイル３２を備え、２次コイル３２の低圧側にイオン電流検出用電源回路６、イオン電流増幅回路７を持ち、イオン電流検出用電源回路６はＺＤ６１とスイッチング素子６２とイオン電流検出電源用コンデンサ６３と２次コイル放電電流検出抵抗６４とコンデンサ６３の充電経路用ダイオード６５とスイッチング素子６２（２次電流経路切り替え手段）の制御回路６６で構成されている。

プラグギャップ間放電すなわち２次コイル電流が出力されている期間にスイッチング素子６２を遮断すると、ＺＤ６１がブレークダウンすることにより２次コイル電流経路が作成される。このときコンデンサ６３はＺＤ６１のブレークダウン電圧で充電される。コンデンサ６３の充電時期について、コンデンサ６３の充電がスイッチング素子６２の通電状態移行前になされると、コンデンサ６３が充電されてもスイッチング素子６２が通電状態に移行した時にコンデンサ６３の放電経路が作成されてしまい充電電荷が放電されてしまう。ＺＤ６１での点火コイル出力エネルギの損失を抑制しようとすると２次コイル出力電流が少ない期間にコンデンサ６３の充電を行う必要があり点火コイルの出力エネルギ特性から、コンデンサ６３の充電期間は２次コイル出力期間、すなわちプラグギャップ間放電の終了真際に行うことが望ましい。よって、スイッチング素子６２の動作は、２次コイル電流の出力開始時期から通電状態となりコンデンサ６３の充電に最小限必要なエネルギを点火コイルに残す時期で遮断状態に移行する動作とすることで点火コイル出力エネルギの損失を最も抑制したコンデンサ６３の充電を行うことができる。

すなわち図２に示すように、点火コイルの出力エネルギをＥ２、スイッチング素子６２の遮断時における点火コイルの残留エネルギ（Ｅ２‘）、コンデンサ６３をイオン電流検出電源電圧で充電するエネルギをＥｉｏｎとすると、Ｅ２’＝Ｅ２−Ｅｉｏｎであり、点火コイルがＥ２‘のエネルギ出力をする時間Ｔ２’においてスイッチング素子６２を遮断状態へ移行することが最も効率的にコンデンサ６３を充電することができる。

Ｅ２‘のエネルギ出力を行うＴ２’における２次コイル出力電流は点火コイルの特性により決定される値であり、２次コイル出力電流値により判断することができる。Ｔ２‘における２次コイル出力電流は２次コイルの低圧側に配置されるイオン電流増幅回路出力より電圧値として得ることができる。

図２に示すように、Ｔ２‘における２次コイル出力電流値に対する出力電圧値を敷居値として設定しイオン電流増幅回路から出力される電圧波形と比較することにより、２次コイル電流の出力開始からＴ２’までの幅をもつ矩形電圧波形を得ることができる。この電圧波形をスイッチング素子６２のゲートへ入力すれば、スイッチング素子６２はＺＤ６１での損失を抑制して、コンデンサ６３を効率的に充電することができる。しかしプラグギャップ間放電後すなわち２次コイル電流出力期間後での内燃機関の燃焼判定期間において、イオン電流増幅回路７はイオン電流に対応した電圧出力を出力するため、この出力波形がスイッチング素子６２のゲートに入力されるとコンデンサ６３の電荷が放電されてしまう。よって、イオン電流増幅回路の出力時期に対してスイッチング素子６２のゲート入力電圧は入力禁止期間を設ける必要がある。

スイッチング素子６２を通電状態としたい期間は基本的に２次コイル電流出力期間であり、この期間だけ電圧波形として得られるものは、２次コイル出力電流によって１次コイルへ誘導される電圧波形である。この電圧波形と任意の敷居電圧を比較することによって、２次コイルが電流を出力する時間の幅を持つ矩形波電圧波形を得ることができる。しかし、この矩形波電圧波形では２次コイル出力電流通電開始時においてスイッチング素子６２はＯＦＦ状態であり、２次コイル電流出力開始時においてＺＤ６１での損失が発生してしまう。この問題を解決するためには、２次コイル電流出力開始前にスイッチング素子６２をＯＮ状態へ移行させておく必用があり、スイッチング素子の起動回路を必用とする。この起動回路は１次コイルで発生する逆起電圧を用い、２次コイル電流出力期間に１次コイルに誘導される電圧によってスイッチング素子が通電状態へ移行しない程度の電圧となるように調整された分圧抵抗からなる。２次コイル電流出力時間の幅を持つ矩形波波形と２次コイル電流の出力開始からＴ２’までの幅をもつ矩形電圧波形をＡＮＤ回路１０（電圧演算手段）に入力することによって、スイッチング素子６２の通電期間幅を定義することができ、２次コイル電流出力前にスイッチング素子６２を通電状態にしておくことで図３のようにスイッチング素子６２の駆動波形を定義することができる。

又、１次電流通電開始時までに、スイッチング素子６２を通電状態にしておくことで２次コイル低圧側に配置されるイオン電流検出電源用コンデンサ６３の充電電荷を放電することができ、１次電流通電開始時に２次コイルに誘導される高電圧Ｖ２ｏｎはＶ２ｏｎ＝バッテリ電圧（Ｖ１）×１次／２次コイル巻数比（ｎ１／ｎ２）の電圧のみとなるため、１次電流通電開始時に２次コイルへ誘導される高電圧を抑制することができる。

２次コイル低圧側にイオン電流検出電源回路６とイオン電流増幅回路７をもつ内燃機関用点火装置において、１次電流通電開始時の２次コイルへの誘導される高電圧を最小とするためには、２次コイル低圧側とＧＮＤ間の電位差を無くしておく必要がある。つまり１次電流通電開始時にはコンデンサ６３の放電がなされていなければならない。すなわちコンデンサ６３の放電動作は、点火信号の入力から１次電流遮断素子制御回路の遅延時間と１次電流遮断素子の動作遅延時間を合わせた時間内で終了しなければならない。

点火信号入力から１次電流遮断素子制御回路の遅延時間をタイマ回路によって遅延時間を制御してもよいが、１次電流遮断素子のゲートエミッタ間容量の充電による遅延時間を制御したほうが回路を簡素化でき望ましい。

図４においてコンデンサ６３の放電動作を示す。点火信号の入力から１次電流遮断素子制御回路の遅延時間をＴｄ１、１次電流遮断素子の遅延時間をＴｄ２、１次電流遮断素子のゲート−エミッタ間容量をＣｉｅｓ、ゲートの直列抵抗をＲｇ、１次電流遮断素子のゲートスレッシュ電圧をＶｇｔｈ、１次電流遮断素子５のゲート駆動電圧をＶｇｄ、コンデンサ６３の放電時間をＴｆ、コンデンサ６３の容量をＣｉｏｎ，コンデンサ６３が放電する経路の直流抵抗をＲｅｓｒ、ＺＤ６１により充電されるコンデンサ６３の充電電圧をＶｉｏｎ、スイッチング素子６２のオン電圧をＶｓａｔとすると、点火信号入力から１次電流通電開始までの遅延時間とコンデンサ６３の放電時間は（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）＞Ｔｆの関係になければならない。すなわち、｛Ｔｄ１−Ｃｉｅｓ×Ｒｇ×ｌｎ（１−Ｖｇｔｈ／Ｖｇｄ）｝＞−Ｃｉｏｎ×Ｒｅｓｒ×ｌｎ（Ｖｓａｔ／Ｖｉｏｎ）の関係式を満たす必要があり、１次電流遮断素子５のゲート直流抵抗ＲｇはＲｇ＞｛（Ｃｉｏｎ×Ｒｅｓｒ）／Ｃｉｅｓ｝×｛ｌｎ（Ｖｓａｔ／Ｖｉｏｎ）／ｌｎ（１−Ｖｇｔｈ／Ｖｇｄ）｝となる必要がある。

コンデンサ６３にはスイッチング素子６２が並列に配置されており、コンデンサ６３の放電動作を行うことが可能である。１次電流遮断素子５のゲート直列抵抗を上述の範囲で調整し、点火信号をスイッチング素子６２のＯＮ／ＯＦＦ制御に用いることによって１次電流通電開始時に２次コイルへ誘導される高電圧を抑制し内燃機関の点火時期の進角（過早点火）を防ぐことができる。

図５において示すように、２次コイル電流出力期間でのスイッチング素子６２をオンオフ制御するＡＮＤ回路の出力と、上記点火信号波形処理後の矩形波をＯＲ回路に入力する回路を構成することによって、点火信号入力から１次電流通電開始までの期間にもスイッチング素子６２を通電状態とすることができ、コンデンサ６３の充電電荷を放電することができ、点火性能低下の抑制と１次電流通電開始時における２次コイルの高電圧発生の抑制を両立することができる。

本発明は組み合わされる１次及び２次コイルに依存することなく、外部からの独立した制御信号を必要とせずに２次コイル電流経路を切り替えてイオン電流検出用電源回路での点火コイルの出力エネルギ損失を抑制し、１次電流通電開始時に２次コイルに生じる高電圧を抑制することができるイオン電流検出機能付き内燃機関用点火装置を実現できる。

スイッチング素子６２に関し、ＩＧＢＴもしくはＭＯＳ−ＦＥＴでは同一半導体上にＺＤ又はＤを構成しコレクタ−エミッタ間もしくはドレイン−ソース間特性としてＺＤ特性を持たせることは一般的である。つまりスイッチング素子６２に上記半導体スイッチング素子を用いることで、ＺＤ６１はスイッチング素子６２に内蔵される素子となり部品点数の削減が可能である。

当該発明の内燃機関用点火装置の回路図当該発明の内燃機関用点火装置でのイオン電流検出電源用コンデンサ充電動作波形当該発明の内燃機関用点火装置での２次コイル出力電流経路切り替え素子の制御波形当該発明の内燃機関用点火装置でのイオン電流検出電源用コンデンサ放電動作波形当該発明の内燃機関用点火装置でのイオン電流検出電源用コンデンサの放電動作を持つ２次コイル出力経路切り替え素子の制御波形当該発明の内燃機関用点火装置の実施例点火信号入力時にイオン電流検出電源用コンデンサを放電する当該発明の内燃機関点火装置での実施例従来のイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置の回路図従来のイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置の動作波形

符号の説明

１バッテリ
２点火プラグ
３点火コイル
４制御回路
５１次電流遮断素子
６イオン電流検出電源回路
７イオン電流増幅回路

Claims

電子制御される１次電流遮断素子により１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、２次コイル低圧側にイオン電流検出用電源回路とイオン電流増幅回路が配置されており、イオン電流増幅回路出力電圧と、プラグギャップ間放電期間中に１次コイルへ誘導される電圧波形による外部からの信号入力を必要としない自立制御によって２次コイル出力電流経路を切り替える手段を持ち、イオン電流検出用電源の充電動作による２次コイル出力エネルギの損失を抑制できることを特徴とするイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置。
２次コイル出力電流経路を切り替える手段としてコレクタ−エミッタ間もしくはドレイン−ソース間にＺＤをもつスイッチング素子を使用し、素子に内蔵するＺＤによってイオン電流検出電源電圧を作成することを特徴とするイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置。
電子制御される１次電流遮断素子により１次電流がオンオフ制御される１次コイルと、前記１次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する２次コイルと、２次コイル低圧側にイオン電流検出用電源回路とイオン電流増幅回路が配置され外部からの信号入力を必要としない自立制御によって２次コイル出力電流経路を切り替える２次電流経路切り替え手段とを備えた内燃機関用点火装置において、前記２次電流経路切り替え手段は２次コイル電流出力期間に１次コイルに誘導される電圧の検出回路によって出力される２次電流出力期間を幅とする矩形波を出力するものであり、当該矩形波出力とイオン電流増幅回路出力電圧とを比較する電圧演算手段を備えると共に、当該電圧比較手段は前記２次電流経路切り替え手段を導通−遮断制御していることを特徴とする内燃機関用点火装置。
２次電流経路切り替え手段からの制御電圧波形と点火信号をＯＲ処理する回路を備え、当該ＯＲ回路出力によって２次電流経路切り替え素子を制御することによってイオン電流検出電源の充電電荷を１次電流遮断素子の駆動回路に点火信号が入力されてから１次電流遮断素子が通電開始するまでの遅延時間内で放電し、１次電流通電開始時に２次コイルに発生する高電圧を抑制することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用点火装置。