JP2013019301A

JP2013019301A - 高周波点火装置の動作状態判定方法

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Publication number: JP2013019301A
Application number: JP2011152684A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Fukumura; 義之福村; Mitsuhiro Izumi; 光宏泉; Hideaki Shimakawa; 英明島川; Fumio Okumura; 文雄奥村
Original assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】点火コイルの２次電流を検出するために変流器等を備えると２次コイル側の損失が増え、点火プラグへの出力が低下する。また、点火装置の２次電流を検出してマイクロコンピュータ等の電子回路によって放電状態を判定するには、２次電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路が必要なため、構造の複雑化及び点火装置が大型化する。
【解決手段】従来の点火コイルの放電に高周波点火コイルの連続放電をアシスト点火させる点火装置において、点火コイルの１次コイルの１次高圧側に電圧検出手段を備え、電圧検出手段は高周波点火コイルの放電時に点火コイルの１次コイルに加わる１次電圧を検出し、電圧検出手段の検出結果に応じて高周波点火コイルの動作状態の判定を行う電圧判定部を備える。また、電圧判定部が高周波点火コイルの動作状態を異常と判定した場合、高周波点火コイルを停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用点火装置において、高周波を用いた点火装置の動作状態判定方法に関するものである。

従来より、内燃機関の燃焼向上を実現するためには、希薄混合気等による着火条件の厳しい状態で燃焼を行う必要があり、このような条件で安定した着火を行うために、従来からの点火に加えて高周波点火やプラズマ点火等でアシスト点火を行うことで着火不良を防ぐ点火装置が知られている。しかし、厳しい着火条件で点火を行う点火装置であっても、点火装置内の配線不良等の故障やバッテリ電圧の低下によっては、点火プラグに正常な放電を行うことができない。このような問題を解決するために、点火装置からの放電の異常を判定する方法としてイオン電流を検出する方法が知られているが、イオン電流を検出する回路の構成は複雑であるため、点火装置の２次電流を検出して判定するものがあり、この代表的な例として、例えば特開２００４−３０１０２６号公報（以下「特許文献１」）が知られている。

上記特許文献１の点火装置の構成を示す回路図を図１２に示す。図１２において、110 は点火コイル、120 は点火コイル110に一次電流を供給する点火電源部、130 は点火電源部120から点火コイル110に供給される一次電流をオン・オフするように設けられた一次電流制御用スイッチ、140
は内燃機関の点火時期よりも前に点火コイル110に一次電流を流し、点火時期に該一次電流を遮断するように一次電流制御用スイッチ130を制御する点火制御手段と後記する放電状態判定手段とを構成するマイクロコンピュータ、150
は点火コイル110の二次電流を検出する二次電流検出部、160 は一次電流制御用スイッチ130 、マイクロコンピュータ140 及び二次電流検出部150 に与える電源電圧を発生する電源回路、170
は内燃機関のクランク角情報を得るために機関に取り付けられた信号発生装置である。

また、上記点火装置の動作について、マイクロコンピュータ140 が通電開始時期を検出してポートＢからＨレベルの点火制御信号Ｖｉを発生すると、トランジスタ132 がオン状態になるため、点火電源部120
から点火コイル110の一次コイル111 とトランジスタ132 （一次電流制御用スイッチ130 ）とを通して一次電流Ｉ１が流れる。機関の点火時期に点火制御信号Ｖｉ
がＬレベルになると、トランジスタ132 がオフ状態になって、点火コイル110の一次電流Ｉ１が遮断されるため、点火コイル110の一次コイル111に一次電流を流し続けようとする極性の高い電圧が誘起する。この高電圧は点火コイル110
により更に昇圧されるため、点火コイル110の二次コイル112 に点火用の高電圧が誘起する。点火コイル110の二次コイル112に点火用高電圧が誘起すると、点火プラグ180
で火花放電が生じ、点火コイル110の二次側回路に二次電流Ｉｇが流れる。この二次電流は変流器152 により検出されるため、二次電流検出部150 の増幅器154が二次電流検出信号Ｖ
２を出力する。

また、マイクロコンピュータ140 により実現される放電状態判定手段は、二次電流検出信号Ｖ２をデジタル信号に変換して読み込み、読み込んだ二次電流検出信号から検出される二次電流の持続時間（
放電時間）、ピーク値等を被判定値として、点火時期に読み込まれた被判定値を点火プラグ180で生じる放電が正常であるときにとり得る範囲の値と比較する。その結果、被判定値が正常時にとり得る範囲内にあるときに点火プラグ180での放電が正常に行われたと判定し、被判定値が正常時にとり得る範囲から外れているときに点火プラグ180で生じた放電が異常である（
放電が生じなかった場合を含む）と判定する内燃機関用点火装置が提案されている。

特開２００４−３０１０２６号公報

しかしながら上記従来の点火装置では次のような問題が生じている。即ち、特許文献１の点火装置では、点火コイルの二次電流を検出して、検出した二次電流のピーク値や持続時間から点火プラグで生じた放電が正常であるか否かを判定するようにしているが、点火コイルの２次電流を検出するために変流器等を備えると２次コイル側の損失が増え、点火プラグへの出力が低下する問題が生じる。

また、マイクロコンピュータ等の電子回路によって放電状態を判定するには、２次電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路が必要なため、構造の複雑化及び点火装置が大型化する問題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、従来の点火コイルの放電に高周波点火コイルの連続放電をアシスト点火させる点火装置において、点火装置の出力の低下を防ぎ、構造の複雑化や点火装置の大型化を防ぐことのできる高周波点火コイルを用いた内燃機関用点火装置を提供することを目標とする。

上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項１の発明においては、１次コイル及び２次コイル、鉄芯、点火用スイッチング素子から構成される点火コイルと、１次コイル及び２次コイル、鉄芯、高周波点火用スイッチング素子から構成される高周波点火コイルを備え、前記点火用スイッチング素子は前記点火コイルに点火信号を供給し、前記高周波点火用スイッチング素子は前記高周波点火コイルに点火信号を供給し、前記点火コイル及び前記高周波点火コイルはシリンダ内に備えられた共通の点火プラグに出力する内燃機関用点火装置において、前記点火コイルの前記１次コイルの１次高圧側に電圧検出手段を備え、当該電圧検出手段は前記高周波点火コイルの放電時に前記点火コイルの前記１次コイルに加わる１次電圧を検出し、当該電圧検出手段の検出結果に応じて前記高周波点火コイルの動作状態の判定を行う電圧判定部を備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置とする。

また、請求項２の発明においては、１次コイル及び２次コイル、鉄芯、点火用スイッチング素子から構成される点火コイルと、１次コイル及び２次コイル、鉄芯、高周波点火用スイッチング素子から構成される高周波点火コイルを備え、前記点火用スイッチング素子は前記点火コイルに点火信号を供給し、前記高周波点火用スイッチング素子は前記高周波点火コイルに点火信号を供給し、前記点火コイル及び前記高周波点火コイルはシリンダ内に備えられた共通の点火プラグに出力する内燃機関用点火装置において、前記高周波点火コイルの２次高圧側に逆流防止ダイオードを備え、前記高周波点火コイルは前記点火コイルの点火信号が完了してから点火信号を開始し、前記点火コイルの前記１次コイルの１次高圧側に電圧検出手段を備え、当該電圧検出手段は前記高周波点火コイルの放電時に前記点火コイルの前記１次コイルに加わる１次電圧を検出し、当該電圧検出手段の検出結果に応じて前記高周波点火コイルの動作状態の判定を行う電圧判定部を備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置とする。

上記請求項１及び請求項２の発明においては、前記電圧判定部は前記電圧検出手段が検出した１次電圧の有無で前記高周波点火コイルの動作状態の判定を行ってもよいし、前記電圧判定部は前記電圧検出手段が検出した１次電圧と前記高周波点火コイルの正常な放電時に前記点火コイルの前記１次コイルに加わる１次電圧とを比較して前記高周波点火コイルの動作状態の判定を行ってもよい。また、前記電圧検出手段の換わりに前記高周波点火コイルの放電時に前記点火コイルの前記１次コイルに流れる１次電流を検出する電流検出手段を備えてもよいし、前記電圧判定部が前記高周波点火コイルの動作状態を異常と判定した場合、前記高周波点火コイルを停止させてもよい。さらに、前記電圧検出手段は前記点火コイルの前記２次コイルの高圧側又は低圧側に備えてもよいし、前記高周波点火コイルの換わりに前記点火プラグの電極間を高温高圧のプラズマ状態にするプラズマ点火装置を備えてもよい。

上記の通り、従来の点火コイルの放電に高周波点火コイルの連続放電をアシスト点火させる点火装置において、点火コイルの１次コイルの１次高圧側に電圧検出手段を備え、電圧検出手段は高周波点火コイルの放電時に点火コイルの１次コイルに加わる１次電圧を検出し、電圧検出手段の検出結果に応じて高周波点火コイルの動作状態の判定を行う電圧判定部を備えたことで、点火装置の出力の低下を防ぎ、構造の複雑化や点火装置の大型化を防ぐことのできる高周波点火コイルを用いた内燃機関用点火装置が実現できる。

また、電圧判定部が高周波点火コイルの動作状態を異常と判定した場合、高周波点火コイルを停止させることで、バッテリの消費電力を低減することができる。

本発明の第１の実施例とする内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。内燃機関用点火装置の斜視図である。（ア）は、点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（イ）は、点火装置の正常時の電圧波形図である。（ウ）は、高周波点火コイルからの２次電圧が発生しない異常時の電圧波形図、（エ）は、高周波点火コイルからの出力が点火プラグで放電されない異常時の電圧波形図である。第１の実施例とする点火装置において実行される制御を示すフローチャートである。本発明の第２の実施例とする内燃機関用点火装置の構成を示す回路図である。（オ）は、点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（カ）は、高周波点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（キ）は、点火装置の正常時の電圧波形図である。（ク）は、高周波点火コイルからの２次電圧が発生しない異常時の電圧波形図、（ケ）は、高周波点火コイルからの出力が点火プラグで放電されない異常時の電圧波形図である。第２の実施例とする点火装置において実行される制御を示すフローチャートである。本発明の変形例とする電圧検出手段の回路構成である。本発明の変形例とする内燃機関用点火装置の構成図である。特許文献１の点火装置の構成を示す回路図である。

以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図１１に基づいて説明する。

本発明の第１の実施例とする内燃機関用点火装置の構成を示す回路図を図１に、内燃機関用点火装置の斜視図を図２に、（ア）は、点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（イ）は、点火装置の正常時の電圧波形図を図３に、（ウ）は、高周波点火コイルからの２次電圧が発生しない異常時の電圧波形図、（エ）は、高周波点火コイルからの出力が点火プラグで放電されない異常時の電圧波形図を図４に、第１の実施例とする点火装置において実行される制御を示すフローチャートを図５に、本発明の変形例とする電圧検出手段の回路構成を図１０に、本発明の変形例とする内燃機関用点火装置の構成図を図１１にそれぞれ示す。

図１及び図２において、点火装置90は点火コイル70と高周波点火コイル80を並列に接続しており、当該点火コイル70の点火用１次コイル10a及び当該高周波点火コイル80の高周波用１次コイル10bの低圧側は図示しない共通のバッテリのプラス側と接続されている。また、当該点火コイル70の当該１次コイル10aの高圧側は点火用スイッチング素子20のコレクタと接続され、当該高周波点火コイル80の当該１次コイル10bの高圧側は高周波用スイッチング素子22のコレクタと接続されている。さらに、当該点火用スイッチング素子20及び当該高周波用スイッチング素子22のエミッタはグランドと接続されている。

また、前記点火用スイッチング素子20のベースは第１のＥＣＵ60aと接続され、前記高周波用スイッチング素子22のベースは第２のＥＣＵ60bと接続されている。さらに、当該第１のＥＣＵ60a及び当該第２のＥＣＵ60bは第３のＥＣＵ60cと接続されている。

また、前記点火コイル70の点火用２次コイル12aの高圧側は前記高周波点火コイル80からの大電流の逆流を阻止する逆流防止ダイオード30aのアノードと接続され、前記高周波点火コイル80の高周波用２次コイル12bの高圧側は前記点火コイル70からの大電流の逆流を阻止する逆流防止ダイオード30bのアノードと接続され、当該逆流防止ダイオード30a，30bのカソードは１つにまとめられてシリンダ内に備えられた点火プラグ50に接続されている。さらに、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80の当該２次コイル12a，12bの低圧側はグランドと接続されている。

また、前記点火コイル70の前記1次コイル10aの高圧側と前記点火用スイッチング素子20の間に前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧を検出する電圧検出手段64を接続し、当該電圧検出手段64の後段には当該電圧検出手段64が検出した電圧から前記高周波点火コイル80の動作状態を判定する電圧判定部62を備えている。さらに、当該電圧判定部62は前記第３のECU60cと接続され、当該電圧判定部62が判定した前記高周波点火コイル80の動作状態を前記第３のECU60cに伝達している。

また、前記電圧検出手段64はコンデンサ32a及び抵抗34a，34b、演算増幅器36から構成されており、当該コンデンサ32aの一端は前記点火コイル70の前記１次コイル10aの高圧側と接続され、当該コンデンサ32aの他端は当該抵抗34aの一端と接続されている。さらに、当該抵抗34aの他端は当該演算増幅器36の反転入力端子と接続され、当該演算増幅器36の出力端子は前記電圧判定部62と接続されている。

また、前記演算増幅器36の前記反転入力端子及び前記出力端子と並列に抵抗34bを接続し、前記演算増幅器36の非反転入力端子はグランドと接続されている。

前記点火装置90の外形を形成するケース40は材質を樹脂として開口面を一面備える箱型で成形されており、当該ケース40のコイル収容部には、複数の薄板を積層して形成した点火用鉄芯14aと、当該鉄芯14aの外周に樹脂で成形された１次ボビンの外周に１次巻線を１００ターン程度巻き回した前記１次コイル10aと、前記１次コイル10aの外周に樹脂で成形された２次ボビンの外周に２次巻線を１５０００ターン程度巻き回した前記２次コイル12aとから構成される前記点火コイル70及び複数の薄板を積層して形成した高周波用鉄芯14bと、当該鉄芯14bの外周に樹脂で成形された１次ボビンの外周に１次巻線を１０ターン程度巻き回した前記１次コイル10bと、前記１次コイル10bの外周に樹脂で成形された２次ボビンの外周に２次巻線を５００ターン程度巻き回した前記２次コイル12bとから構成された前記高周波点火コイル80が収容されている。

また、前記ケース40内に前記点火コイル70に点火信号を供給する前記点火用スイッチング素子20と、前記高周波点火コイル80に点火信号を供給する前記高周波用スイッチング素子22を備えている。さらに、前記ケース40には前記点火装置90を図示しないエンジンヘッドに取り付けて固定するためのケース固定部42が前記ケース40の開口面と略垂直面の２箇所に形成されている。

また、前記ケース40の底面には、２次電圧を前記点火プラグ50に供給する高圧端子を備えるための高圧タワー44がエンジンヘッドに形成されたプラグホール内に向かって突出するように形成され、当該高圧端子は前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80からの２次電圧を入力している。さらに、前記ケース40の側面には、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80に前記バッテリからの電源電圧や前記第１のＥＣＵ60a又は前記第２のＥＣＵ60bからの点火信号を入力するためのコネクタ46が前記点火コイル70と前記高周波点火コイル80のそれぞれ個別に備えている。

また、前記ケース40内に前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80、前記点火用スイッチング素子20、前記高周波用スイッチング素子22、前記逆流防止ダイオード30a，30bの電気的絶縁と物理的固定を実現するためのモールド樹脂が充填されている。さらに、前記プラグホール内には前記高圧タワー44と前記点火プラグ50を連結させるプロテクターが備えられ、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80から出力される２次電圧は前記高圧端子から当該プロテクター内に収容された導電部材を介して前記点火プラグ50へ供給される。

上記構成から前記点火装置90の一連の動作は、前記第３のECU60cは前記第１のECU60a及び前記第２のECU60bに点火動作の開始を伝達し、前記第１のECU60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオンにされると、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに１次電流Iaが流れると同時に前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンにすると、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに１次電流Ibが流れる。また、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断電流値まで到達すると、前記第１のECU60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わり、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断される。さらに、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断されると、前記点火コイル70の前記２次コイル12aに２次電流が発生し、３０ｋVの２次電圧が発生し放電される。

また、前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号がオフに切り替えられると、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに流れる１次電流Ibが遮断される。さらに、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに流れる１次電流Ibが遮断されると、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bに２次電流が発生し、５ｋVの２次電圧が発生し放電される。

また、前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号は３００ｋHzの周波数とされており、前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号のオン・オフを３００ｋHzの周波数で切り替えられることで５ｋVの２次電圧を前記点火プラグ50に複数回放電している。

次に、図３において、図１の（a）点についての前記点火コイル70に対して前記第１のECU60aから出力される点火信号の波形は図３の（ア）に示すように、前記点火コイル70に対して前記第１のECU60aからの点火信号のオン・オフを切り替えた波形となる。また、図１の（b）点についての前記高周波点火コイル80の放電が正常に行われた時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧波形図は図３の（イ）に示すように、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する。

次に、図４において、図１の（b）点についての前記高周波点火コイル80からの２次電圧が発生しなかった時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧波形図は図４の（ウ）に示すように、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから２次電圧が発生しないため、前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみが加わる。また、図１の（b）点についての前記高周波点火コイル80からの出力が点火プラグで放電されなかった時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧波形図は図４の（エ）に示すように、前記点火プラグ50の電極にカーボン等が付着し、電極間の抵抗が増加している状態では前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧が前記点火プラグ50で放電されにくく、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の多くが前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生するため、図３の（イ）の電圧波形より前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧量が大きい。

次に、点火装置の制御を図５に基づいて説明する。図５において、前記第３のECU60cが前記第１のECU60a及び第２のECU60bに点火動作の開始を伝達し、前記第１のECU60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオンにされると、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに１次電流Iaが流れると同時に前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンにすると前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに１次電流Ibが流れて前記点火装置90の点火動作が開始される（S１）。また、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断電流値まで到達すると、前記第１のECU60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わり、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断される。さらに、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断されると、前記点火コイル70の前記２次コイル12aに２次電流が発生し、３０ｋVの２次電圧が発生し放電される。

また、前記電圧検出手段64は前記点火コイル70の前記１次コイル10aから発生する電圧を検出するかの判定を行い（S２）、前記電圧検出手段64が前記点火コイル70の前記１次コイル10aから発生する電圧を検出した場合、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみであるかの判定を行う（S３）。さらに、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧である場合、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲外であるかの判定を行う（S４）。

また、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲内である場合、前記電圧判定部62は前記高周波点火コイル80の動作状態を正常と判定し（S５）、前記点火装置90の動作が終了する（S６）。さらに、（S３）で前記電圧検出手段64が検出した電圧が図４の（ウ）で示したような前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみである場合、又は（S４）で前記電圧検出手段64が検出した電圧が図４の（エ）で示したような前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲外である場合、前記電圧判定部62は前記高周波点火コイル80の動作状態を異常と判断し（S１１）、前記高周波点火コイル80の動作を停止するよう前記第３のECU60cに伝達する（S１２）。

上記構成により、前記高周波点火コイル80の放電が発生しなかった又は、前記点火プラグ50の電極にカーボン等が付着し、電極間の抵抗が増加している状態で前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧が前記点火プラグ50で放電されにくくなった時に、前記高周波点火コイル80を停止させることで、前記バッテリの消費電力を低減することができる。

なお上記実施例１の変形例として、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10a，10b及び前記２次コイル12a，12bに巻き回される巻線の巻数は前記点火装置90に要求される２次電圧等の設計事情によって任意に変更してもよいし、前記高周波点火コイル80への点火信号は３００ｋＨｚから１．５ＭＨｚの範囲の周波数でオン・オフを交互に繰り返すパルス波形で構成としてもよいし、前記高周波点火コイル80の前記高周波用鉄芯14bはフェライト材で成形してもよい。また、前記点火コイル70前記電圧検出手段64の回路構成は設計事情によって任意の構成に変更してもよい。さらに、前記点火装置90は前記第１のＥＣＵ60a及び前記第２のＥＣＵ60b、前記第３のＥＣＵ60c、前記電圧判定部62によって制御を行っているが、前記第１のＥＣＵ60a及び前記第２のＥＣＵ60bとの２つのＥＣＵを直接接続させて制御を行ってもよいし、前記電圧判定部62によって行われる前記高周波点火コイル80の動作状態の判定は前記第２のECU60b又は前記第３のECU60cで行ってもよいし、前記電圧判定部62はマイクロコンピュータ等で構成してもよい。

また、前記点火装置90は前記ケース40内に前記点火コイル70に点火信号を供給する前記点火用スイッチング素子20と、前記高周波点火コイル80に点火信号を供給する前記高周波用スイッチング素子22を備えているが、前記点火用スイッチング素子20又は／及び前記高周波用スイッチング素子22を前記ケース40外に備える構成としてもよい。さらに、前記電圧判定部62に記憶させる前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧の正常時の範囲は前記高周波点火コイル80の２次電圧の大きさによって変更するため、設計事情によって前記電圧判定部62に設定される正常時の範囲を変更してもよい。

また、前記点火装置90は前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみであるかの判定又は前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲外であるかの判定のどちらか一方で前記高周波点火コイル80の動作状態の判定を行ってもよい。さらに、前記電圧検出手段64を図１０において示すコンデンサ32b及び抵抗34cから構成し、当該抵抗34cの一端は前記点火コイル70の前記１次コイル10aの高圧側と接続され、当該抵抗34cの他端は当該コンデンサ32bの一端及び前記電圧判定部62と接続され、当該コンデンサ32bの他端はグランドと接続されている構成として前記点火コイル70の前記１次コイル10aから発生する電圧の検出を行い、前記電圧判定部62に記憶される前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧の正常時における複数のしきい値から前記高周波点火コイル80の動作状態を判定してもよい。

また、図１０における前記電圧検出手段64によって前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧の周波数から前記高周波点火コイル80の動作状態を判定してもよい。さらに、前記電圧検出手段64を前記点火コイル70の２次側の高電圧に耐える耐圧性能の高い素子から構成し、前記電圧検出手段64は前記点火コイル70の前記２次コイル12aの高圧側又は低圧側に備えてもよい。

また、前記高周波点火コイル80に入力される電源電圧は前記バッテリからの電圧を電力変換装置によって昇圧した電圧を入力してもよいし、前記高周波点火コイル80の換わりにプラズマ点火装置を用いて前記点火コイル70のアシスト放電を行ってもよい。さらに、前記電圧検出手段64の換わりに、図１１において示す電流検出手段66を備え、当該電流検出手段66が検出した電流を電圧に変換する電流―電圧変換回路68を用いて電圧に変換し、前記電圧判定部62で前記高周波点火コイル80の動作状態を判定する構成としてもよい。

次に、本発明の第２の実施例とする内燃機関用点火装置の構成を示す回路図を図６に、（オ）は、点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（カ）は、高周波点火コイルへ入力される点火信号を示すタイムチャート、（キ）は、点火装置の正常時の電圧波形図を図７に、（ク）は、高周波点火コイルからの２次電圧が発生しない異常時の電圧波形図、（ケ）は、高周波点火コイルからの出力が点火プラグで放電されない異常時の電圧波形図を図８に、第２の実施例とする点火装置において実行される制御を示すフローチャートを図９に、本発明の変形例とする電圧検出手段の回路構成を図１０に、本発明の変形例とする内燃機関用点火装置の構成図を図１１にそれぞれ示す。

当該第２の実施例においては前記第１の実施例で説明した前記点火コイル70の２次コイル12aの高圧側は前記高周波点火コイル80からの大電流の逆流を阻止する逆流防止ダイオード30aのアノードと接続され、前記高周波点火コイル80の２次コイル12bの高圧側は前記点火コイル70からの大電流の逆流を阻止する逆流防止ダイオード30bのアノードと接続され、当該逆流防止ダイオード30a，30bのカソードは１つにまとめられてシリンダ内に備えられた点火プラグ50に接続されている点、及び前記第１のECU60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオンにされると、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに１次電流Iaが流れると同時に前記第２のECU60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンにすると、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに１次電流Ibが流れる点を除いた構造は前記第１の実施例と同一であるため説明は省力する。

図６において、点火装置90は点火コイル70と高周波点火コイル80を並列に接続しており、当該点火コイル70の点火用１次コイル10a及び当該高周波点火コイル80の高周波用１次コイル10bの低圧側は図示しない共通のバッテリのプラス側と接続されている。また、当該点火コイル70の当該１次コイル10aの高圧側は点火用スイッチング素子20のコレクタと接続され、当該高周波点火コイル80の当該１次コイル10bの高圧側は高周波用スイッチング素子22のコレクタと接続されている。さらに、当該点火用スイッチング素子20及び当該高周波用スイッチング素子22のエミッタはグランドと接続されている。

また、前記高周波点火コイル80の高周波用２次コイル12bの高圧側は前記点火コイル70からの大電流の逆流を阻止する逆流防止ダイオード30のアノードに接続され、当該逆流防止ダイオード30のカソード及び前記点火コイル70の点火用２次コイル12aの高圧側は１つにまとめられてシリンダ内に備えられた点火プラグ50に接続されている。さらに、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80の当該２次コイル12a，12bの低圧側はグランドと接続されている。

上記構成から前記点火装置90の一連の動作は、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオンにされると、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに１次電流Iaが流れる。また、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断電流値まで到達すると、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わり、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Ｉａが遮断される。さらに、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Ｉａが遮断されると、前記点火コイル70の前記２次コイル12aに２次電流が発生し、３０ｋＶの２次電圧が発生し放電される。

また、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わると、前記第３のＥＣＵ60cは前記第１のＥＣＵ60aが前記点火用スイッチング素子20への点火信号のパルスの立ち下がり電流（後述する図７（オ）のＡ点）を検出すると同時に前記第２のＥＣＵ60bに前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンにするように伝達し、前記第２のＥＣＵ60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンにすると、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに１次電流Ibが流れる。さらに、前記第２のＥＣＵ60bから前記高周波用スイッチング素子22へのパルスが３００ｋＨｚの周波数のオフタイミングになると、前記第２のＥＣＵ60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号がオフに切り替えられ、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに流れる１次電流Ibが遮断される。

また、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに流れる１次電流Ibが遮断されると、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bに２次電流が発生し、５ｋＶの２次電圧が発生し放電される。さらに、前記第２のＥＣＵ60bから前記高周波用スイッチング素子22への点火信号のオン・オフを３００ｋＨｚの周波数で切り替えられることで、前記点火コイル70の前記２次コイル12aからの放電が終了してから前記点火プラグ50に流れる２次電流が０Ａに低下するまでの期間、即ち、前記点火プラグ50の内部抵抗が低下している誘導放電期間に５ｋＶの２次電圧を前記点火プラグ50に複数回放電している。

次に、図７において、図６の（c）点についての前記点火コイル70に対して前記第１のECU60aから出力される点火信号の波形は図７の（オ）に示すように、前記点火コイル70に対して前記第１のECU60aからの点火信号のオン・オフを切り替えた波形となる。また、図６の（d）点についての前記高周波点火コイル80に対して前記第２のＥＣＵ60bから出力される点火信号の波形は図７の（カ）に示すように、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火コイル70への点火信号がオンからオフに切り替わると同時に、前記第２のＥＣＵ60bから前記高周波点火コイル80への点火信号がオフからオンに切り替わる波形となる。さらに、図６の（e）点についての前記高周波点火コイル80の放電が正常に行われた時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧波形図は図３の（イ）に示すように、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する。

次に、図８において、図６の（e）点についての前記高周波点火コイル80からの２次電圧が発生しなかった時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに加わる電圧波形図は図８の（ク）に示すように、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから２次電圧が発生しないため、前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみが加わる。また、図６の（e）点についての前記高周波点火コイル80からの出力が点火プラグで放電されない時の前記点火コイル70の前記１次コイル10aに加わる電圧波形図は図８の（ケ）に示すように、前記点火プラグ50の電極にカーボン等が付着し、電極間の抵抗が増加している状態では前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧が前記点火プラグ50で放電されにくく、前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の多くが前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生し、図３の（イ）の電圧波形より前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生する電圧量が大きい。

次に、点火装置の制御を図９に基づいて説明する。図９において、前記点火コイル70が点火動作を開始すると、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号をオフからオンへ切り替え（Ｓ２１）、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに１次電流Iaが流れ、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断電流値まで到達すると、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わり、前記第３のＥＣＵ60cは図６の（c）の前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号のパルスの立ち下がり電流（図７（オ）のＡ点）の検出を行い（Ｓ２２）、前記第３のＥＣＵ60cが前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号の立ち下がり電流（図７（オ）のＡ点）を検出した場合、前記第３のＥＣＵ60cは前記第２のＥＣＵ60bに前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオフからオンへの切り替えを伝達し、前記第２のＥＣＵ60bは前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンに切り替える（Ｓ２３）。

また、前記第１のＥＣＵ60aから前記点火用スイッチング素子20への点火信号がオフに切り替わると、前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流Iaが遮断され、前記点火コイル70の前記２次コイル12aに３０ｋＶの２次電圧が前記点火プラグ50に放電される。さらに、前記第２のＥＣＵ60bは前記高周波用スイッチング素子22への点火信号をオンに切り替えると、前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10bに１次電流Ibが流れ、前記高周波点火コイル80の動作が開始される（Ｓ２４）。

また、前記電圧検出手段64は前記点火コイル70の前記１次コイル10aから発生する電圧を検出するかの判定を行い（S２５）、前記電圧検出手段64が前記点火コイル70の前記１次コイル10aから発生する電圧を検出した場合、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記点火コイル70の前記２次コイル12aから発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧のみであるかの判定を行う（S２６）。さらに、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bから発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧である場合、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲外であるかの判定を行う（S２７）。

また、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲内である場合、前記電圧判定部62は前記高周波点火コイル80の動作状態を正常と判定し（S２８）、前記点火装置90の動作が終了する（S２９）。さらに、（S２６）で前記電圧検出手段64が検出した電圧が図８の（ク）で示したような前記点火コイル70の前記1次コイル10aに発生する1次電圧のみである場合、又は、（S２７）で前記電圧検出手段64が検出した電圧が図８の（ケ）で示したような前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧が正常時の範囲外である場合、前記電圧判定部62は前記高周波点火コイル80の動作状態を異常と判断し（S３１）、前記高周波点火コイル80の動作を停止するよう前記第３のECU60cに伝達する（S３２）。

なお上記実施例２の変形例として、前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80の前記１次コイル10a，10b及び前記２次コイル12a，12bに巻き回される巻線の巻数は前記点火装置90に要求される２次電圧等の設計事情によって任意に変更してもよいし、前記高周波点火コイル80への点火信号は３００ｋＨｚから１．５ＭＨｚの範囲の周波数でオン・オフを交互に繰り返すパルス波形で構成としてもよいし、前記高周波点火コイル80の前記高周波用鉄芯14bはフェライト材で成形してもよい。また、前記点火コイル70前記電圧検出手段64の回路構成は設計事情によって任意の構成に変更してもよい。さらに、前記点火装置90は前記第１のＥＣＵ60a及び前記第２のＥＣＵ60b、前記第３のＥＣＵ60cとの３つのＥＣＵによって制御を行っているが、前記第１のＥＣＵ60a及び前記第２のＥＣＵ60bとの２つのＥＣＵを直接接続させて制御を行ってもよいし、前記電圧判定部62によって行われる前記高周波点火コイル80の動作状態の判定は前記第２のECU60b又は前記第３のECU60cで行ってもよいし、前記電圧判定部62はマイクロコンピュータ等で構成してもよい。

また、前記点火装置90は前記ケース40内に前記点火コイル70に点火信号を供給する前記点火用スイッチング素子20と、前記高周波点火コイル80に点火信号を供給する前記高周波用スイッチング素子22を備えているが、前記点火用スイッチング素子20又は／及び前記高周波用スイッチング素子22を前記ケース40外に備える構成としてもよい。さらに、前記電圧検出手段64が検出した電圧が前記高周波点火コイル80の前記２次コイル12bが発生する２次電圧の一部が前記点火コイル70の前記２次コイル12aを介して電磁誘導によって前記点火コイル70の前記１次コイル10aに発生した電圧の正常時の範囲は前記高周波点火コイル80の２次電圧の大きさによって変更するため、設計事情によって前記電圧判定部62に設定される正常時の範囲を変更してもよい。

10a，10b：１次コイル
12a，12b：２次コイル
14a，14b：鉄芯
20：点火用スイッチング素子
22：高周波用スイッチング素子
30a，30b：ダイオード
32a，32b：コンデンサ
34a，34b，34c：抵抗
36：演算増幅器
40：ケース
42：ケース固定部
44：高圧タワー
46：コネクタ
50：点火プラグ
60a：第１のＥＣＵ
60b：第２のＥＣＵ
60c：第３のＥＣＵ
62：電圧判定部
64：電圧検出手段
65：レベルシフト
66：電流検出手段
68：電流−電圧変換回路
70：点火コイル
80：高周波点火コイル
90：点火装置

Claims

１次コイル10a及び２次コイル12a、鉄芯14a、点火用スイッチング素子20から構成される点火コイル70と、１次コイル10b及び２次コイル12b、鉄芯14b、高周波点火用スイッチング素子22から構成される高周波点火コイル80を備え、
前記点火用スイッチング素子20は前記点火コイル70に点火信号を供給し、
前記高周波点火用スイッチング素子22は前記高周波点火コイル80に点火信号を供給し、
前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80はシリンダ内に備えられた共通の点火プラグ50に出力する内燃機関用点火装置90において、
前記点火コイル70の前記１次コイル10aの１次高圧側に電圧検出手段64を備え、
当該電圧検出手段64は前記高周波点火コイル80の放電時に前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電圧を検出し、当該電圧検出手段64の検出結果に応じて前記高周波点火コイル80の動作状態の判定を行う電圧判定部62を備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置90。
１次コイル10a及び２次コイル12a、鉄芯14a、点火用スイッチング素子20から構成される点火コイル70と、１次コイル10b及び２次コイル12b、鉄芯14b、高周波点火用スイッチング素子22から構成される高周波点火コイル80を備え、
前記点火用スイッチング素子20は前記点火コイル70に点火信号を供給し、
前記高周波点火用スイッチング素子22は前記高周波点火コイル80に点火信号を供給し、
前記点火コイル70及び前記高周波点火コイル80はシリンダ内に備えられた共通の点火プラグ50に出力する内燃機関用点火装置90において、
前記高周波点火コイル80の２次高圧側にダイオード30bを備え、
前記高周波点火コイル80は前記点火コイル70の点火信号が完了してから点火信号を開始し、
前記点火コイル70の前記１次コイル10aの１次高圧側に電圧検出手段64を備え、
当該電圧検出手段64は前記高周波点火コイル80の放電時に前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電圧を検出し、
当該電圧検出手段64は前記高周波点火コイル80の放電時に前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電圧を検出し、当該電圧検出手段64の検出結果に応じて前記高周波点火コイル80の動作状態の判定を行う電圧判定部62を備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置90。
前記電圧判定部62は前記電圧検出手段64が検出した１次電圧の有無で前記高周波点火コイル80の動作状態の判定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用点火装置90。
前記電圧判定部62は前記電圧検出手段64が検出した１次電圧と前記高周波点火コイル80の正常な放電時に前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電圧とを比較して前記高周波点火コイル80の動作状態の判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関用点火装置90。
前記電圧検出手段64の換わりに前記高周波点火コイル80の放電時に前記点火コイル70の前記１次コイル10aに流れる１次電流を検出する電流検出手段66を備えたことを特徴とする請求項１乃至４に記載の内燃機関用点火装置90。
前記電圧判定部62が前記高周波点火コイル80の動作状態を異常と判定した場合、前記高周波点火コイル80への点火信号の供給を停止させることを特徴とする請求項１乃至５に記載の内燃機関用点火装置90。
前記電圧検手段64は前記点火コイル70の前記２次コイル12aの高圧側又は低圧側に備えることを特徴とする請求項１乃至６に記載の内燃機関用点火装置90。
前記高周波点火コイル80の換わりに前記点火プラグ50の電極間を高温高圧のプラズマ状態にするプラズマ点火装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至７に記載の内燃機関用点火装置90。