JP2014181558A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火コイルが発生した放電電圧に重畳する高電圧を可変して生成する昇圧回路の小型化を図るとともにコストを抑えることができる重ね放電型の内燃機関用点火装置を提供する。
【解決手段】点火コイル３１が発生する放電電圧に重畳する高電圧を生成する高電圧発生部と、外部情報の駆動割合に応じて高電圧発生部が生成する高電圧を可変する重ね時間制御部４０とを備え、高電圧発生部は、昇圧トランス１１と、昇圧トランス１１の一次巻線に流れる電流を制御するスイッチ素子１２，１３と、昇圧トランス１１の二次巻線に誘起した電圧を昇圧して高電圧を生成する多段倍電圧整流回路２０とを有し、重ね時間制御部４０は、単発パルス信号を一定のパルス幅として、駆動割合に応じた数の単発パルス信号を一回の有意期間に含む重ね時間制御信号を生成し、該重ね時間制御信号を入力したスイッチ素子１２，１３に単発パルス信号に応じたスイッチ動作を行わせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車等に搭載される内燃機関の点火行程において、点火火花の長期持続を可能にする重ね放電型の内燃機関用点火装置に関する。

車両などに搭載する内燃機関のガソリンエンジンは、燃費を改善するために直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンが採用されている。これらの内燃機関は、点火行程において着火性が良好ではないため、高エネルギ型の点火装置が必要になる。
上記の高エネルギ型の点火装置として、例えば、一次電流の遮断によって点火コイルに放電電圧を発生させ、さらにＤＣ−ＤＣコンバータを用いて生成した高電圧を上記の点火コイルの二次側回路へ出力し、上記の放電電圧と高電圧とを重畳して点火プラグに発生させた火花放電を維持する重ね放電型の点火装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図示した回路は、センタータップ方式の昇圧トランスを用いた以外は、特許文献１に記載されたものと概ね同様に構成されている。
図５の内燃機関用点火装置は、バッテリ１００の電圧ＶＢを点火コイル１２０の一次コイル１２１へ供給し、ＥＣＵ１３０からの制御信号によってスイッチトランジスタ１２３をオン・オフさせて一次コイル１２１に流れる電流の導通と遮断とを制御している。また、点火コイル１２０の二次コイル１２２の一端には点火プラグ２００が接続されており、二次コイルの他端にはＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力端子が接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、バッテリ１００の電圧ＶＢを昇圧させる昇圧トランス１４１、昇圧トランス１４１を励振させる、詳しくは当該昇圧トランス１４１の一次巻線に流れる電流の導通・遮断を行うスイッチトランジスタ１４２ａ，１４２ｂ、スイッチトランジスタ１４２ａ，１４２ｂを所定周波数でオン・オフさせる発振回路１４３を備えている。なお、昇圧トランス１４１は、一次巻線にセンタータップを備えており、当該一次巻線の両端に各々スイッチトランジスタ１４２ａとスイッチトランジスタ１４２ｂが接続されている。

ＥＣＵ１３０の制御によってスイッチトランジスタ１２３が動作し、点火コイル１２０の一次コイル１２１にバッテリ１００から電流が流れ、この一次電流が遮断されたときに二次コイル１２２には数十［ｋＶ］の高電圧が発生する。この高電圧を点火プラグ２００へ供給すると、当該点火プラグ２００の放電電極間の絶縁破壊を誘起し、放電火花が発生する。
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、昇圧トランス１４１の一次巻線のセンタータップに電圧ＶＢが供給されており、発振回路１４３が稼動するとスイッチトランジスタ１４２ａとスイッチトランジスタ１４２ｂが交互にオン状態になる。すると、センタータップを境界にして分割された二つの一次巻線に、交互に電流が流れて当該昇圧トランス１４１の二次巻線に高電圧が誘起する。
このように昇圧トランス１４１が電圧ＶＢを昇圧し、当該昇圧された高電圧は高圧ダイオードならびに出力コンデンサ１４４によって安定され、例えば５００Ｖ程度の高電圧が点火コイル１２０の二次コイル１２２へ出力される。

点火コイル１２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力電圧を、二次コイル１２２に発生した放電電圧に重畳して点火プラグ２００へ供給し、点火プラグ２００に発生させた放電火花を一定時間維持する。
このように比較的長時間にわたって大きなエネルギを点火プラグへ供給して、当該点火プラグの放電間隙に発生した放電火花を持続させることにより、燃料もしくは混合気への着火性を向上させ、燃焼効率を良好にして出力の向上と燃費の向上とを図っている。

特開平８−６８３７２号公報

重ね放電型の内燃機関用点火装置は、一般的には電力伝達効率性が良好なことから図５に例示したセンタータップ方式の昇圧トランスを使用して回路構成されている。
このセンタータップ方式の昇圧トランスを駆動するとき、前述のようにセンタータップに電源電圧を供給し、二つのスイッチトランジスタをオン・オフさせることにより、センタータップによって二つに分割された一次巻線に交互に一次電流を通電させている。

センタータップ方式の昇圧トランスを、例えばパルス幅変調によって駆動して内燃機関の燃焼効率が向上するように出力電圧（昇圧電圧）を可変すると、通電がオフの期間に脈流電流が発生して一次電流の安定性が損なわれ、スイッチトランジスタが発熱してしまう。
そのため、従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置において昇圧トランスの出力電圧を可変する場合には、センタータップへ供給する電源電圧を変化させる回路などを備える必要がある。
重ね放電型の内燃機関用点火装置は、比較的大きな電源電力を必要とするため、昇圧トランスの一次側には大きな電流に対応した回路素子等が用いられる。そのため、昇圧トランスのセンタータップに供給する電源電圧を可変する回路などが大型化してしまい、コスト等を大きく高めてしまうという問題点があった。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、点火コイルが発生した放電電圧に重畳する高電圧を可変して生成する昇圧回路の小型化を図るとともにコストを抑えることができる重ね放電型の内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

この発明に係る内燃機関用点火装置は、一次コイルに流れる電流が遮断されると点火プラグに供給する放電電圧を二次コイルに誘起する点火コイルと、前記放電電圧と同極性の高電圧を生成して該放電電圧に重畳する高電圧発生部と、外部情報の重ね放電期間内の駆動割合に応じて前記高電圧発生部を制御して前記高電圧を可変する制御部と、を備え、前記高電圧発生部は、昇圧トランスと、前記昇圧トランスの一次巻線に流れる電流の通電を制御するスイッチ素子と、前記昇圧トランスの二次巻線に誘起した電圧を昇圧して前記点火コイルの二次コイルへ出力する前記高電圧を生成する倍電圧整流回路と、を有し、前記制御部は、前記スイッチ素子を制御する重ね時間制御信号の有意期間を構成する単発パルス信号を一定のパルス幅として、前記重ね放電期間内の駆動割合に応じた数の前記単発パルス信号を一回の有意期間に含む前記重ね時間制御信号を生成し、該重ね時間制御信号を入力した前記スイッチ素子に前記単発パルス信号に応じたスイッチ動作を行わせる、ことを特徴とする。

また、前記制御部は、前記駆動割合に応じた数の前記単発パルス信号を出力するとき、前記倍電圧整流回路から出力する高電圧が平均化される間隔で前記単発パルス信号が出力されない期間を有するように前記重ね時間制御信号を生成する、ことを特徴とする。

また、前記制御部は、前記重ね放電期間を予め設定されている数の時点に分割して、該時点毎に前記単発パルス信号の出力の有無を設定し、前記単発パルス信号が出力されない時点が予め前記駆動割合毎に設定された間隔となるように前記重ね時間制御信号を生成する、ことを特徴とする。

前記昇圧トランスは、前記一次巻線を二つに分割するセンタータップを有し、前記センタータップに電源電圧が供給されて前記一次巻線の各端部にそれぞれ前記スイッチ素子が接続されており、前記制御部は、前記一次巻線の各端部に接続されている各スイッチ素子をそれぞれ制御する重ね時間制御信号を生成する、ことを特徴とする。

この発明によれば、点火コイルが発生した放電電圧に重畳する高電圧を可変して生成する回路を小型化することができ、また、コストを抑えることができる。またさらに、リップル電圧を抑制した高電圧を点火プラグへ供給することにより、当該点火プラグに発生させている放電火花が途中で消えることを防ぐことができる。

この発明の実施例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。 図１の内燃機関用手点火装置の動作を示す説明図である。 昇圧トランスの駆動動作を示す説明図である。 重ね時間制御部の制御動作を示す説明図である。 従来の重ね放電型の内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
（実施例）
図１は、この発明の実施例による内燃機関用点火装置の概略構成を示す回路図である。図１の点火装置は、図示されない車載バッテリなどが供給する直流電圧ＶＢを用いて点火プラグ６０に火花放電を発生させる重ね放電型の内燃機関用点火装置であり、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、多段倍電圧整流回路２０、点火コイルユニット３０、重ね時間制御部４０、ならびに高耐圧ダイオード５０によって構成されている。
また、上記の内燃機関用点火装置は、内燃機関のシリンダブロック等に固定された点火プラグ６０、および、内燃機関の動作を制御する図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）などに接続されている。
なお、図１に示した内燃機関用点火装置は、単一の点火プラグ６０に放電火花を発生させるものであるが、マルチシリンダの内燃機関においては、点火プラグ６０毎に例えばＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、多段倍電圧整流回路２０および点火コイル３０が設けられる。また、点火プラグ６０毎にＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０等を備えてもよい。

ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、昇圧トランス１１、スイッチトランジスタ１２，１３を備えて構成されている。
昇圧トランス１１は、一次巻線にセンタータップを有しており、このセンタータップに例えば図示されないバッテリ等が接続されている。あるいは例えば一定の直流電圧を生成する電源回路が当該センタータップに接続されている。
上記の一次巻線の一端にはスイッチトランジスタ１２が接続されている。図１に例示した回路では、スイッチトランジスタ１２のコレクタが一次巻線の一端に接続されている。また、一次巻線の他端にはスイッチトランジスタ１３が接続されており、図１に例示した回路では、スイッチトランジスタ１３のコレクタが一次巻線の他端に接続されている。
この昇圧トランス１１は、入力した電源電圧を高耐圧配線が必要にならない程度の電圧へ昇圧する構成（一次巻線と二次巻線の巻線比等）を有している。

スイッチトランジスタ１２，１３のベース、即ち制御端子は、それぞれ重ね時間制御部４０に接続されている。また、スイッチトランジスタ１２，１３の各エミッタはグランド（以下ＧＮＤと記載する）へ接続されている。
また、スイッチトランジスタ１２，１３は、当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が出力する交流電圧の周波数に適合するスイッチングスピードを有するもので、例えばＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が３０［ｋＨｚ］の交流電圧を出力する場合には、このような周波数でオン・オフを安定して繰り返すことができるものである。
なお、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧周波数は、多段倍電圧整流回路２０の回路定数等に適合させたものである。
また、図１に例示したスイッチトランジスタ１２，１３は、いずれもＮＰＮ型バイポーラトランジスタであるが、入出力電圧やスイッチングスピードなどの定格が適当であれば例えばＭＯＳＦＥＴなどの他のタイプの半導体スイッチを用いて回路構成してもよい。

多段倍電圧整流回路２０は、ダイオードを用いて複数のコンデンサに電荷を蓄積させて大きな電位差を発生するコッククロフト・ウォルトン回路であり、図１に例示したものは、それぞれ６個のコンデンサおよびダイオードを用いて、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から入力した交流電圧を整流して６倍の直流電圧に昇圧するように回路構成されている。
多段倍電圧整流回路２０の入力点は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点、即ち昇圧トランス１１の二次巻線に接続されている。また、多段倍電圧整流回路２０の高電位側の電圧が生じる出力点は、高圧ダイオード５０のカソード、即ち、内燃機関のシリンダブロックなどのＧＮＤ部分に接続されている。
また、多段倍電圧整流回路２０の低電位側の出力点、もしくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の片側の出力点は、高圧ダイオード５０のアノードと点火コイル３１の二次コイル３３との接続点に接続される。即ち、多段倍電圧整流回路２０の出力点は、点火コイル３１の二次コイル３３に誘起される放電電圧のピーク電圧と同極性となるように高耐圧ダイオード５０の両端に、もしくは点火コイル３１の二次側回路に接続されている。

点火コイルユニット３０は、点火コイル３１と当該点火コイル３１の一次コイルに接続されているスイッチトランジスタ３４によって構成されている。
点火コイル３１は、一次コイル３２および二次コイル３３を有している。
一次コイル３２の一端は、図示を省略したバッテリ等から直流電圧ＶＢが供給されるように配線接続されており、他端はスイッチトランジスタ３４の開閉接点の一端に接続されている。スイッチトランジスタ３４の開閉接点の他端はＧＮＤに接続されている。
二次コイル３３の一端は、シリンダブロック等に固定されている点火プラグ６０の頭部電極に接続されており、他端は高圧ダイオード５０のアノードに接続されている。
スイッチトランジスタ３４の制御端子には、前述のＥＵＣ等から点火信号が入力されるように配線接続されている。例えば、スイッチトランジスタ３４としてＩＧＢＴを使用した場合には、ゲート端子に上記の点火信号が入力される。

高圧ダイオード５０は、スイッチトランジスタ３４がオフ状態からオン状態に遷移したときに二次コイル３３に電圧が発生することを防ぐもので、点火プラグ６０へ印加される放電電圧などに対応する高耐圧の構成を有している。
重ね時間制御部４０は、例えば、プロセッサ等の制御デバイスと、制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリなどによって構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を、詳しくはスイッチトランジスタ１２，１３のオン・オフ動作をそれぞれ制御するように配線接続されている。
また、重ね時間制御部４０は、前述のＥＣＵ等から点火信号を入力するように配線接続されている。この点火信号は、ＥＣＵが生成する制御信号で、内燃機関の点火行程における点火タイミングを示すものである。

次に、動作について説明する。
図２は、図１の内燃機関用手点火装置の動作を示す説明図である。この図は、図１に示した内燃機関用点火装置の各部で観測される電圧または電流の経時変化、また、例えば前述のＥＣＵなどから重ね時間制御部４０へ入力される点火信号や、当該重ね時間制御部４０からＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０へ出力される重ね時間制御信号を示したタイミングチャートである。
なお、図２の重ね時間制御信号は、一回の点火行程においてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに多段倍電圧整流回路２０を稼動させる期間を表したものである。実際に重ね時間制御部４０からＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０へ出力される重ね時間制御信号は、当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させる期間において、スイッチトランジスタ１２とスイッチトランジスタ１３とを所定周波数あるいは所定のインターバルでオン・オフさせるパルス信号である。

図２の最上段は、例えば前述のＥＣＵから出力される‘点火信号’を示している。その下段には、重ね時間制御部４０が上記の点火信号を用いて生成する‘重ね時間制御信号’を示している。
上記の‘重ね時間制御信号’の下段に図示した‘点火コイル一次電流’は、点火コイル３１の一次コイル３２に流れる電流である。また、その下段に示した‘点火コイル二次電圧’は、点火コイル３１の二次コイル３３に発生する放電電圧である。
上記の‘点火コイル二次電圧’の下段に図示した‘多段倍電圧整流回路出力電圧’は、多段倍電圧整流回路２０が生成出力する高電圧である。また、その下段に図示した‘点火プラグ放電波形’は、点火コイル３１の二次電圧と多段倍電圧整流回路２０の出力電圧とを重畳して点火プラグ６０へ供給する電圧波形である。

図２に示した重ね放電型の点火動作は、点火信号が有意を示したとき、例えばオフ状態を示すローレベルからオン状態を示すハイレベルに遷移したとき、この信号の立ち上がりタイミングで点火コイル３１の一次コイル３２に一次電流が流れ始める。この一次電流は、点火信号が有意を示している間、即ちオンを示すハイレベルの期間において流れ続け、点火信号がオンからオフへ遷移したタイミングで遮断される。
上記の一次電流が遮断されると、点火コイル３１の二次巻線３３に二次電圧が発生し、即ち点火プラグ６０に放電火花を誘起する数十［ｋＶ］の放電電圧が発生する。
また、上記の点火信号がオンからオフへ遷移したときには、重ね時間制御部４０からスイッチトランジスタ１２，１３へ、それぞれ有意の重ね時間制御信号が出力され、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が稼動する。

ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、重ね時間制御信号がスイッチトランジスタ１２，１３のスイッチング動作を駆動している間、例えば、当該スイッチトランジスタ１２，１３もしくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が１００［％］駆動されているときには５００［Ｖ］の交流電圧を出力する。この交流電圧を入力した多段倍電圧整流回路２０は、当該交流電圧を整流するとともに６倍に昇圧して３［ｋＶ］の直流高電圧を生成し、点火コイル３１の二次電圧（放電電圧）に重畳して点火プラグ６０へ印加する。このような電圧が供給された点火プラグ６０は、重ね時間制御部４０から重ね時間制御信号が出力されている間、即ちＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が駆動されている間、発生している放電火花を維持する。

図３は、昇圧トランスの駆動動作を示す説明図である。この図は、スイッチトランジスタ１２，１３（昇圧トランス１１）の駆動を示したタイミングチャートである。
図３の最上段は、一回の点火行程の重ね放電期間内において、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０もしくは昇圧トランス１１を１００［％］駆動するときのスイッチトランジスタ１２とスイッチトランジスタ１３の各オン・オフ動作、即ち重ね時間制御部４０から出力される重ね時間制御信号のレベル遷移を表している。
また、その下段には重ね放電期間内において５０［％］駆動するときの各オン・オフ動作（重ね時間制御信号のレベル遷移）を表している。
また、図３の最下段は、重ね放電期間内において３０［％］駆動するときの各オン・オフ動作（重ね時間制御信号のレベル遷移）を表している。

図３に示した期間ｔａは、一回の点火行程における重ね放電期間であり、例えば０．５〜３［ｍｓ］程度である。
また、図３の期間ｔｂは、スイッチトランジスタ１２とスイッチトランジスタ１３とを交互にオン・オフさせて、昇圧トランス１１のセンタータップで分割された各一次巻線に電流を通電する期間であり、例えば昇圧トランス１１の昇圧効率が良くなる８［μＳ］の値を有する。即ち、昇圧トランス１１の一次巻線には、期間ｔｂにおいて８［μＳ］の周期で変化する電流が流れることから、昇圧トランス１１を１００［％］駆動させる場合には、当該昇圧トランス１１の一次電流は１２０［ｋＨｚ］の周波数を有するものとなる。

この実施例による内燃機関用点火装置は、例えば前述の１００［％］駆動の場合において、重ね時間制御部４０が１００〜２００［ｋＨｚ］程度の周波数でスイッチトランジスタ１２，１３をオン・オフさせ、昇圧トランス１１の二次巻線に例えば５００［Ｖ］の交流電圧を発生させる。
重ね時間制御部４０が生成する重ね時間制御信号は、昇圧トランス１１の駆動割合によらず、各スイッチトランジスタ１２，１３をオン状態とする期間が一定である。即ち、昇圧トランス１１の駆動割合がどのような値であっても、前述の期間ｔｂは一定であり、このことから、重ね時間制御信号の有意期間を構成する単発パルス状の部分は一定のパルス幅を有している。例えば、図３に示した重ね時間制御信号中の単発パルス幅は、１００［％］駆動、５０［％］駆動、３０［％］駆動のいずれの場合においてもｔｂ／２である。

昇圧トランス１１の一次巻線には、図３に示した重ね時間制御信号に対応して通電がオン・オフされる一次電流が流れる。即ち、この一次電流は、図３の重ね時間制御信号に対応して変化するパルス電流となる。昇圧トランス１１は、このようなパルス電流を一次巻線に入力したとき、昇圧した交流電圧を出力する。詳しくは、一次巻線に流れる単発パルス電流がハイレベルからローレベルへ遷移した直後に、二次巻線に周期変動する交流電圧を誘起する。

図４は、重ね時間制御部の制御動作を示す説明図である。この図は、重ね時間制御部４０から出力される重ね時間制御信号の内容を示した制御テーブルであり、各駆動割合において昇圧トランス１１の一次巻線に電流を通電する通電パターンを表している。
図中、「０」はスイッチトランジスタ１２,１３をオフ状態としておき、昇圧トランス１１の一次巻線に電流を通電しないことを表し、具体的にはスイッチトランジスタ１２，１３をオン状態へ制御する重ね時間制御信号の有意期間を構成する単発パルス信号（以下、重ね時間制御信号の有意期間を構成する単発パルス状の信号部分を‘パルス信号’と記載する）を出力しないことを表している。
また、「１」はスイッチトランジスタ１２，１３をオン状態にするパルス信号を、図３の期間ｔｂのように出力して、昇圧トランス１１に一次電流を通電することを表している。

図４（ａ）は、一般的な通電パターンを示し、図４（ｂ）は、この実施例による重ね時間制御部４０の制御内容（通電パターン）を示している。
図４（ａ）および図４（ｂ）の各制御テーブルは、縦軸方向（制御テーブルの列方向）に駆動割合を表し、横軸方向（制御テーブルの行方向）に重ね放電期間内の各時点（経過時間）を表している。
また、図示した期間ｔ１は例えば一回目の点火行程中の重ね放電を行う期間を表し、期間ｔ２は例えば二回目の点火行程中の重ね放電期間を表し、期間ｔ３は例えば三回目の点火行程中の重ね放電期間を表している。即ち、図４の期間ｔ１，ｔ２，ｔ３は、各々図２に示した‘重ね時間制御信号’の一回の有意期間（図中、ハイレベルとなっている期間）に相当する。
なお、図４（ａ）の期間ｔ１，ｔ２，ｔ３には、同一の通電パターン（一般的な制御）が示されており、また、図４（ｂ）の期間ｔ１，ｔ２，ｔ３には同一の通電パターン（重ね時間制御部４０による制御）が示されている。重ね時間制御部４０は、図４（ｂ）の例えば期間ｔ１のみの通電パターンを表す制御テーブルを、図示されない内部メモリあるいは外部のメモリに記憶している。

例えば、前述のＥＣＵ等は、所定のセンサ等を用いて内燃機関の運転回転数、当該内燃機関にかかる負荷、バッテリ電圧等を取得し、これらの値に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の駆動割合の値（パーセンテージ等）を設定する。なお、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の駆動割合により、当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電力が定まり、さらに多段倍電圧整流回路２０から出力される直流高電圧の値が定まる、即ち、上記の駆動割合によって、点火コイル３０からの放電電圧へ重畳する高電圧値が設定される。
重ね時間制御部４０は、上記の駆動割合の値を指示する制御信号を、前述のＥＣＵ等から入力すると、一回の点火行程中の重ね放電期間を所定数に等分し、当該分割した各時点において昇圧トランス１１に一次電流を通電するか否かの制御を前述の制御テーブルに則して行う。図４に示した制御は、一回の点火行程中の重ね放電期間を例えば１０等分し、各時点（１）〜（１０）単位で昇圧トランス１１の駆動を制御するものである。

図４（ａ）に例示した一般的な制御では、１０［％］駆動を行う場合は、時点（１）においてのみ前述のパルス信号を出力してスイッチトランジスタ１２，１３を交互にオン・オフさせる。また、２０［％］駆動を行う場合は、時点（１）および時点（２）においてパルス信号を出力する。またさらに、５０［％］駆動を行う場合は、時点（１）〜（５）においてパルス信号を出力する。
このように、図４（ａ）に示した一般的な制御（通電パターン）では、重ね放電期間の初期に偏って昇圧トランス１１を駆動することになる。即ち、昇圧トランス１１の駆動割合を小さくして点火動作を行うと、点火コイル３１からの放電電圧に重畳する高電圧が重ね放電期間の初期に偏って生成され、重ね放電期間の後期には本来の値を有する高電圧が生成されなくなる。
そのため、例えば点火行程を繰り返すときに駆動割合を徐々に小さくすると、急峻に放電火花の維持が難しくなり、著しく着火性が低下する。

図４（ｂ）に示した重ね時間制御部４０による制御は、０［％］駆動では、いずれの時点でもパルス信号を出力しない。
１０［％］駆動では、時点（１）においてパルス信号を出力してスイッチトランジスタ１２，１３をそれぞれオン状態に制御する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に一つ（スイッチトランジスタ１２，１３をそれぞれオン状態とする一対）のパルス信号が含まれている。
２０［％］駆動では、時点（１）と時点（６）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に二つ（二対）のパルス信号が含まれている。
３０［％］駆動では、時点（１）、時点（４）、時点（７）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に三個（三対）のパルス信号が含まれている。
４０［％］駆動では、時点（１）、時点（３）、時点（６）、時点（８）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に四個（四対）のパルス信号が含まれている。
５０［％］駆動では、時点（１）、時点（３）、時点（５）、時点（７）、時点（９）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に五個（五対）のパルス信号が含まれている。
６０［％］駆動では、時点（１）、時点（３）、時点（５）〜（７）、時点（９）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に六個（六対）のパルス信号が含まれている。
７０［％］駆動では、時点（１）、時点（２）、時点（４）、時点（５）、時点（７）〜（９）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に七個（七対）のパルス信号が含まれている。
８０［％］駆動では、時点（１）〜（４）、時点（６）〜（９）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に八個（八対）のパルス信号が含まれている。
９０［％］駆動では、時点（１）〜（９）において、それぞれパルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に九個（九対）のパルス信号が含まれている。
また、１００［％］駆動では、全ての時点（１）〜（１０）において、パルス信号を出力する。即ち、このときの重ね時間制御信号には、一回の有意期間に十個（十対）のパルス信号が含まれている。

重ね時間制御部４０は、図４（ｂ）に示したように、いずれの駆動割合においても、当該駆動割合に対応する数のパルス信号を、重ね放電期間の終期よりも初期を重視するとともに、パルス信号が出力されない期間が予め駆動割合毎に設定されている間隔となるように、好ましくは、できるだけ等間隔で生じるように出力する。
換言すると、いずれの駆動割合においても、昇圧トランス１１の一次電流が安定化する（可能な限り重ね放電期間の初期から後期にわたって一次電流が流れる）ようにパルス信号を出力する。
前述のように、昇圧トランス１１は、パルス信号が一次巻線に流れると、当該パルス信号がハイレベルからローレベルへ遷移したときに、二次巻線に複数回振動する電圧が誘起する。そのため、一定間隔でパルス信号を一次巻線へ入力すると、二次巻線から継続的に交流の二次電圧が出力される。
また、昇圧トランス１１の二次電圧（出力電圧）が継続的に供給されることにより、多段倍電圧整流回路２０から出力される直流の高電圧も、重ね放電期間内において安定したものとなる。

前述のように昇圧トランス１１を駆動し、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力動作を制御することによって、駆動割合を小さくした場合であっても当該駆動割合に対応した、平均化された高電圧が多段倍電圧整流回路２０から出力され、点火コイル３１が発生した放電電圧に重畳される。即ち、昇圧トランス１１の駆動割合を小さくしたときに、著しく着火性が低下することを避けることができる。

重ね時間制御部４０は、重ね放電期間を予め設定されている数の時点に分割して、分割した時点毎にパルス信号の有無を制御（設定）することから、前述のように重ね放電期間を１０等分した場合には、０〜１００［％］の駆動割合を１０［％］毎に分割し、各駆動割合に定めた通電パターンに則して制御を行う。
また、重ね放電期間を２０等分した場合には、５［％］毎に分割した各駆動割合に定めた通電パターンに則して制御を行う。
なお、パルス信号は、０［％］駆動ならびに１００［％］駆動を除いて、インターバルを空けて出力されることから、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧に大きなリップル電圧が生じないように、重ね放電期間内の時点の数（重ね時間制御期間の分割数）を設定して、いずれの駆動割合においても平均化された高電圧を生成することができる重ね時間制御信号を生成する。換言すると、一回の重ね放電期間内において昇圧トランス１１の二次巻線に途切れることなく交流電圧が誘起されるように重ね時間制御信号を生成する。

点火プラグに発生した放電火花は、シリンダ内圧力の変化や混合気の流動強さによって火花持続に要する高電圧が変化する。本発明の内燃機関用点火装置は、このように放電火花の維持に必要な電圧値が変化することに対応するため、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに多段倍電圧整流回路２０によって生成される高電圧を可変するように構成されている
また、内燃機関の回転数が上昇すると、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０もしくは昇圧トランス１１を駆動する間隔が短くなるため、当該昇圧トランス１１などの発熱が大きくなる。このようなときに駆動割合を小さくして重ね放電を行い、上記の発熱を抑えるようにしてもよい。
また、昇圧トランス１１に供給されている電源電圧（例えば、図１に示した直流電圧ＶＢ）が変動したとき、例えば電源電圧が上昇したときには駆動割合を低減して、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに多段倍電圧整流回路２０の出力電圧を正規の電圧値に修正し、また、電源電圧が下降したときには駆動割合を増大して、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに多段倍電圧整流回路２０の出力電圧を正規の電圧値に修正して、各回路を構成する素子や部品等に不具合が発生することを防ぐようにしてもよい。

以上のように、この実施例によれば、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力される交流電圧を可変するように構成したので、燃焼室内の圧力やＥＧＲの強度などに応じて重ね放電に用いる高電圧を変化させることができ、必要以上に大きな高電圧を生成することを避けて当該点火装置の消費電力を抑制することができる。
また、重ね放電制御信号の有意期間を構成する単発のパルス信号を、重ね放電期間の初期から後期にわたって出力し、当該パルス信号に応じてスイッチトランジスタ１２，１３を動作させるようにしたので、多段倍電圧整流回路２０から高電圧が平均化されて安定出力されるようになり、シリンダ内の燃焼状態を良好にすることができる。
また、上記のように多段倍電圧整流回路２０の出力電圧が安定してリップル電圧が抑制されることから、点火プラグ６０に生じている放電火花を所望の時間が経過するまで確実に維持することができる。
また、昇圧トランス１１の駆動を外部から入力した駆動割合によって設定し、当該昇圧トランス１１の出力電圧を可変するように構成したので、当該昇圧トランス１１に電力を供給する電源回路の大型化を避けることができ、またさらに、多段倍電圧整流回路２０としてコッククロフト・ウォルトン回路を用いることにより、重ね放電に用いる高電圧を可変して生成する回路、もしくは当該内燃機関点火装置を小型化することが容易になる。

この実施例で説明した内燃機関用点火装置の重ね時間制御部４０は、外部から駆動割合を示す信号（情報）を取得しているが、この信号に替えて内燃機関の運転回転数、当該内燃機関にかかる負荷、バッテリ電圧等を示す信号を外部情報として重ね時間制御部４０へ入力し、当該重ね時間制御部４０がこれらの情報を用いて駆動割合を設定するように構成してもよい。

１０ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１１昇圧トランス
１２スイッチトランジスタ
１３スイッチトランジスタ
２０多段倍電圧整流回路
３０点火コイルユニット
３１点火コイル
３２一次コイル
３３二次コイル
３４スイッチトランジスタ
４０重ね時間制御部
５０高圧ダイオード
６０点火プラグ
１００バッテリ
１２０点火コイル
１２１一次コイル
１２２二次コイル
１２３スイッチトランジスタ
１３０ＥＣＵ
１４０ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４１昇圧トランス
１４２ａ，１４２ｂスイッチトランジスタ
１４３発振回路
１４４出力コンデンサ
２００点火プラグ

Claims (4)

1. 一次コイルに流れる電流が遮断されると点火プラグに供給する放電電圧を二次コイルに誘起する点火コイルと、
   前記放電電圧と同極性の高電圧を生成して該放電電圧に重畳する高電圧発生部と、
   外部情報の重ね放電期間内の駆動割合に応じて前記高電圧発生部を制御して前記高電圧を可変する制御部と、
   を備え、
   前記高電圧発生部は、
   昇圧トランスと、
   前記昇圧トランスの一次巻線に流れる電流の通電を制御するスイッチ素子と、
   前記昇圧トランスの二次巻線に誘起した電圧を昇圧して前記点火コイルの二次コイルへ出力する前記高電圧を生成する倍電圧整流回路と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記スイッチ素子を制御する重ね時間制御信号の有意期間を構成する単発パルス信号を一定のパルス幅として、
   前記重ね放電期間内の駆動割合に応じた数の前記単発パルス信号を一回の有意期間に含む前記重ね時間制御信号を生成し、
   該重ね時間制御信号を入力した前記スイッチ素子に前記単発パルス信号に応じたスイッチ動作を行わせる、
   ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記制御部は、
   前記駆動割合に応じた数の前記単発パルス信号を出力するとき、前記倍電圧整流回路から出力する高電圧が平均化される間隔で前記単発パルス信号が出力されない期間を有するように前記重ね時間制御信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
3. 前記制御部は、
   前記重ね放電期間を予め設定されている数の時点に分割して、該時点毎に前記単発パルス信号の出力の有無を設定し、前記単発パルス信号が出力されない時点が予め前記駆動割合毎に設定された間隔となるように前記重ね時間制御信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記昇圧トランスは、
   前記一次巻線を二つに分割するセンタータップを有し、
   前記センタータップに電源電圧が供給されて前記一次巻線の各端部にそれぞれ前記スイッチ素子が接続されており、
   前記制御部は、
   前記一次巻線の各端部に接続されている各スイッチ素子をそれぞれ制御する重ね時間制御信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用点火装置。

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