JP2018025190A

JP2018025190A - 点火装置

Info

Publication number: JP2018025190A
Application number: JP2017135149A
Authority: JP
Inventors: 清水　健一; Kenichi Shimizu; 健一清水; 年男林原; Toshio Hayashibara
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-02-15
Also published as: CN109236536A

Abstract

【課題】素子が破壊されることなく高耐圧に対応可能な点火装置を提供する。【解決手段】点火プラグを点火させる点火装置であって、互いに電磁結合する一次巻線Ｐ３と二次巻線Ｓ３とを有する点火トランスＴ３と、一次巻線の一端に接続されたバッテリＢＴと、一次巻線の他端に接続され且つ点火信号によりオンオフするスイッチＱ１と、互いに電磁結合する第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とを有し、第１巻線の一端が二次巻線の一端に接続され、第１巻線の他端にプラグ１２が接続され、可飽和コアを有する可飽和リアクトルＳＬと、第２巻線の両端に可飽和コアの磁化をリセットするためのリセット電圧を印加するリセット回路１３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、点火コイルの一次電流を断続的に遮断した際に二次側に発生する高電圧によりプラグを点火させる点火装置に関する。

点火装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。図４に、特許文献１に記載された内燃機関点火装置を示す。

図４において、点火トランスＴ１の一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｓ１とは、逆方向に巻回され、フライバック動作する。イグナイター制御回路１１は、入力された点火信号によりイグナイタースイッチＱ１をオフさせる。すると、バッテリＢＴから点火トランスＴ１の一次巻線Ｐ１を介してイグナイタースイッチＱ１に流れていた電流が遮断される。このとき、一次巻線Ｐ１に流れている電流を遮断することで、二次巻線Ｓ１の両端には高電圧が誘起される。二次巻線Ｓ１に発生する高電圧により、プラグ１２を点火させて、内燃機関を駆動する。

また、図５に従来の点火装置の他の例を示す。図５に示す点火装置は、多気筒（図は４気筒）からなるエンジンを駆動するものであり、気筒数に対応した数のプラグ１２−１〜１２−４が設けられている。点火トランスＴ２の二次側には、４つの二次巻線Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄが設けられ、二次巻線Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄに対応して、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４とプラグ１２−１〜１２−４が接続される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子からなり、各スイッチを順番にオン／オフすることで、プラグ１２−１〜１２−４を順番に時間的にずらしながら点火させることができる。

特開平５−２４８３３４号公報

しかしながら、図４及び図５に示す点火装置にあっては、二次巻線Ｓ１、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄに発生した高電圧がダイオードＤ１、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４に印加されるため、これらの半導体素子が破壊されるおそれがあった。このため、高耐圧の半導体素子を用いなければならず、コストが高くなっていた。

本発明の課題は、高耐圧に対応可能でコストを低減することができる点火装置を提供することにある。

本発明に係る請求項１の点火装置は、点火プラグを点火させる点火装置であって、互いに電磁結合する一次巻線と二次巻線とを有する点火トランスと、前記一次巻線の一端に接続されたバッテリと、前記一次巻線の他端に接続され且つ点火信号によりオンオフするスイッチと、互いに電磁結合する第１巻線と第２巻線とを有し、前記第１巻線の一端が前記二次巻線の一端に接続され、前記第１巻線の他端に前記点火プラグが接続される。可飽和コアを有する可飽和リアクトルと、前記第２巻線の両端に前記可飽和コアの磁化をリセットするためのリセット電圧を印加するリセット回路とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、複数の点火プラグを点火させる点火装置であって、互いに電磁結合する一次巻線と二次巻線とを有する点火トランスと、前記一次巻線の一端に接続されたバッテリと、前記一次巻線の他端に接続され且つ点火信号によりオンオフするスイッチと、前記複数の点火プラグと１対１対応で設けられ、各々が互いに電磁結合する第１巻線と第２巻線とを有し、前記第１巻線の一端が前記二次巻線の一端に接続され、前記第１巻線の他端に前記点火プラグが接続される。
各々が可飽和コアを有する複数の可飽和リアクトルと、前記複数の可飽和リアクトルと１対１対応で設けられ、前記第２巻線の両端に前記可飽和コアの磁化をリセットするためのリセット電圧を印加する複数のリセット回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、点火トランスの二次巻線に発生した高電圧パルスが可飽和リアクトルに印加されると、可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、インダクタンスが非常に高く、可飽和リアクトルは、スイッチオフとなる。その後、高電圧パルスにより可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、インダクタンスが急激に小さくなるため、可飽和リアクトルは、スイッチオンとなり、プラグを点火させる。トランスの高電圧パルスがオフした後に高電圧パルスの極性が反転しているときに、リセット回路からのリセット電圧印加により可飽和コアの磁化をリセットする。

このように可飽和リアクトルを用いたので、高耐圧に対応可能でコストを低減することができる。

本発明の実施例１に係る点火装置の回路構成を示す図である。本発明の実施例２に係る点火装置の回路構成を示す図である。本発明の実施例２に係る点火装置において４気筒に対応して設けられた４つの可飽和リアクトルをリセットするための４つのリセット信号のタイミングチャートである。従来の点火装置の一例を示す図である。従来の点火装置の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の点火装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る点火装置の回路構成を示す図である。図１に示す実施例１の点火装置は、図４に示す従来の点火装置に対して、点火トランスＴ３の二次側の構成が異なるので、この部分の構成について説明する。

点火トランスＴ３は、互いに電磁結合する一次巻線Ｐ３と二次巻線Ｓ３とを有している。

可飽和リアクトルＳＬは、図示しない磁性材料からなる可飽和コアに第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とが巻回されて互いに電磁結合している。第１巻線Ｌ１の一端が二次巻線Ｓ３の一端に接続され、第１巻線Ｌ１の他端にプラグ１２の一端が接続されている。プラグ１２の他端は、接地されている。第２巻線の両端は、リセット回路に接続される。可飽和リアクトルＳＬは、第２巻線Ｌ２にリセット回路から印加される電圧で、可飽和コアの磁化状態を、飽和状態、不飽和状態に切り替える。飽和状態では、可飽和コアは磁化されないため、１次巻線Ｌ１のインダクタンスは非常に小さくなる。不飽和状態では、可飽和コアは磁化されているため、１次巻線Ｌ１のインダクタンスは非常に大きくなる。

リセット回路１３は、第２巻線Ｌ２に、可飽和コアの磁化をリセットするためのリセット電圧が印加する。第２巻線Ｌ２にリセット電圧が印加されると、可飽和コアが磁化される。すなわちリセットされる。可飽和コアの磁化がリセットされると、可飽和コアの磁化状態は不飽和領域となり、第１巻線Ｌ１のインダクタンスは、非常に高くなる。

次に、このように構成された実施例１に係る点火装置の動作を説明する。まず、イグナイター制御回路１１は、入力された点火信号によりイグナイタースイッチＱ１をオンからオフさせる。すると、バッテリＢＴから点火トランスＴ３の一次巻線Ｐ３を介してイグナイタースイッチＱ１に流れていた電流が遮断される。

このとき、一次巻線Ｐ３の巻き始め側（●で表記）に高電圧が印加されるので、二次巻線Ｓ３の巻き始め側（●で表記）に高電圧が発生する。このため、点火トランスＴ３の二次巻線Ｓ３に発生した高電圧パルスが可飽和リアクトルＳＬに印加されると、可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、１次巻線Ｌ１のインダクタンスが非常に高く、１次巻線Ｌ１には電流が流れないことから可飽和リアクトルＳＬは、スイッチオフ状態となる。

その後、高電圧パルスにより可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、１次巻線Ｌ１のインダクタンスが急激に小さくなることで、１次巻線Ｌ１に電流が流れ、可飽和リアクトルＳＬは、スイッチオン状態となり、プラグ１２には、二次巻線Ｓ３に発生した高電圧を印加することで、プラグ１２を点火させる。

次に、イグナイター制御回路１１に、入力された点火信号によりイグナイタースイッチＱ１をオフからオンさせることで、点火トランスＴ３の高電圧パルスがオフし高電圧パルスの極性が反転する。高電圧パルスの極性が反転しているときに、リセット回路１３からのリセット電圧により可飽和コアの磁化をリセットする。即ち、リセット電圧により、可飽和コアの磁化状態は不飽和領域となり、１次巻線Ｌ１のインダクタンスが非常に高く、1次巻線Ｌ１には電流が流れないことから可飽和リアクトルＳＬは、スイッチオフとなる。

このように可飽和リアクトルＳＬは、二次巻線Ｓ３に発生した高電圧をオンオフするスイッチ回路として動作するので、高電圧をプラグ１２に印加することでプラグ１２を点火することができる。

また、可飽和リアクトルＳＬは、磁性材料からなる可飽和コアと第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とからなるため、二次巻線Ｓ３に発生する高電圧により可飽和リアクトルＳＬが破壊されることが極めて少ない。このため、高耐圧に対応可能でコストを低減することができる。

図２は、本発明の実施例２に係る点火装置の回路構成を示す図である。図１に示す実施例１に係る点火装置は、プラグが１つであったが、実施例２に係る点火装置は、４気筒からなるエンジンに対応させて４つのプラグ１２−１〜１２−４を設けたことを特徴とする。個別のプラグを点火させる動作は、実施例１と同じである。実施例２は、リセット制御部１５からのリセット信号ＲＳ１〜ＲＳ４により、４つのプラグ１２−１〜１２−４を順番に点火させる。

４つの可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ４は、４つのプラグ１２−１〜１２−４と１対１対応で設けられている。可飽和コアに第１巻線Ｌ１と第２巻線Ｌ２とが巻回されて互いに電磁結合している。可飽和コアに第１巻線Ｌ３と第２巻線Ｌ４とが巻回されて互いに電磁結合している。可飽和コアに第１巻線Ｌ５と第２巻線Ｌ６とが巻回されて互いに電磁結合している。可飽和コアに第１巻線Ｌ７と第２巻線Ｌ８とが巻回されて互いに電磁結合している。

第１巻線Ｌ１の一端が二次巻線Ｓ４の一端に接続され、第１巻線Ｌ１の他端にプラグ１２−１の一端が接続されている。プラグ１２−１の他端は、接地されている。

第１巻線Ｌ３の一端が二次巻線Ｓ４の一端に接続され、第１巻線Ｌ３の他端にプラグ１２−２の一端が接続されている。プラグ１２−２の他端は、接地されている。

第１巻線Ｌ５の一端が二次巻線Ｓ４の一端に接続され、第１巻線Ｌ５の他端にプラグ１２−３の一端が接続されている。プラグ１２−３の他端は、接地されている。

第１巻線Ｌ７の一端が二次巻線Ｓ４の一端に接続され、第１巻線Ｌ７の他端にプラグ１２−４の一端が接続されている。プラグ１２−４の他端は、接地されている。

４つのリセット回路１３−１〜１３−４は、４つの可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ４と１対１対応で設けられている。リセット回路１３−１は、第２巻線Ｌ２の両端にリセット電圧を印加する。リセット回路１３−２は、第２巻線Ｌ４の両端にリセット電圧を印加する。リセット回路１３−３は、第２巻線Ｌ６の他端に両端にリセット電圧を印加する。リセット回路１３−４は、第２巻線Ｌ８の両端にリセット電圧を印加する。

リセット制御部１５は、４つのリセット回路１３−１〜１３−４の各々のリセット回路を順番に駆動制御する。

次に、このように構成された実施例２に係る点火装置の動作を図３に示す各リセット信号のタイミングチャートを参照しながら説明する。

まず、イグナイター制御回路１１は、入力された点火信号によりイグナイタースイッチＱ１をオンからオフさせる。すると、バッテリＢＴから点火トランスＴ３の一次巻線Ｐ４を介してイグナイタースイッチＱ１に流れていた電流が遮断される。

このため、点火トランスＴ４の二次巻線Ｓ４に発生した高電圧パルスが可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ４の1次巻線Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ７の一端に印加される。

時刻ｔ１において、リセットパルスＲＳ１がリセット制御部１５からリセット回路１３−１に送られるので、リセット回路１３−１は、リセット電圧を可飽和リアクトルＳＬ１の２次巻線Ｌ２に供給する。可飽和リアクトルＳＬ１の可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、１次巻線Ｌ１のインダクタンスが非常に高く、可飽和リアクトルＳＬ１は、スイッチオフとなる。

その後、高電圧パルスにより可飽和リアクトルＳＬ１の可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、インダクタンスが急激に小さくなるため、可飽和リアクトルＳＬ１は、スイッチオンとなり、プラグ１２−１を点火させる。

次に、時刻ｔ２において、リセットパルスＲＳ２がリセット制御部１５からリセット回路１３−２に送られるので、リセット回路１３−２は、リセット電圧を可飽和リアクトルＳＬ２に供給する。可飽和リアクトルＳＬ２の可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、インダクタンスが非常に高く、可飽和リアクトルＳＬ２は、スイッチオフとなる。

その後、高電圧パルスにより可飽和リアクトルＳＬ２の可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、インダクタンスが急激に小さくなるため、可飽和リアクトルＳＬ２は、スイッチオンとなり、プラグ１２−２を点火させる。

次に、時刻ｔ３において、リセットパルスＲＳ３がリセット制御部１５からリセット回路１３−３に送られるので、リセット回路１３−３は、リセット電圧を可飽和リアクトルＳＬ３に供給する。可飽和リアクトルＳＬ３の可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、インダクタンスが非常に高く、可飽和リアクトルＳＬ３は、スイッチオフとなる。

その後、高電圧パルスにより可飽和リアクトルＳＬ３の可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、インダクタンスが急激に小さくなるため、可飽和リアクトルＳＬ３は、スイッチオンとなり、プラグ１２−３を点火させる。

次に、時刻ｔ４において、リセットパルスＲＳ４がリセット制御部１５からリセット回路１３−４に送られるので、リセット回路１３−４は、リセット電圧を可飽和リアクトルＳＬ４に供給する。可飽和リアクトルＳＬ４の可飽和コアの磁化状態は、不飽和領域にあるため、インダクタンスが非常に高く、可飽和リアクトルＳＬ４は、スイッチオフとなる。

その後、高電圧パルスにより可飽和リアクトルＳＬ４の可飽和コアの磁化状態は、飽和領域となり、インダクタンスが急激に小さくなるため、可飽和リアクトルＳＬ４は、スイッチオンとなり、プラグ１２−４を点火させる。

このように、実施例２に係る点火装置によれば、プラグ１２−１〜１２−４を順番に時間的にずらしながら点火することができる。

また、可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ４は、磁性材料からなる可飽和コアと第１巻線Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７と第２巻線Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８とからなるため、二次巻線Ｓ４に発生する高電圧により可飽和リアクトルＳＬ１〜ＳＬ４が破壊されることは極めて少ない。このため、高耐圧に対応可能でコストを低減することができる。

１１イグナイター制御回路
１２，１２−１〜１２−４プラグ
１３，１３−１〜１３−４リセット回路
１５リセット制御部
Ｑ１イグナイタースイッチ
ＢＴバッテリ
Ｔ１〜Ｔ４点火トランス
Ｐ１〜Ｐ４一次巻線
Ｓ１〜Ｓ４二次巻線
ＲＳ１〜ＲＳ４リセット信号
ＳＬ，ＳＬ１〜ＳＬ４可飽和リアクトル
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７第１巻線
Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８第２巻線

まず、イグナイター制御回路１１は、入力された点火信号によりイグナイタースイッチＱ１をオンからオフさせる。すると、バッテリＢＴから点火トランスＴ４の一次巻線Ｐ４を介してイグナイタースイッチＱ１に流れていた電流が遮断される。

Claims

点火プラグを点火させる点火装置であって、
互いに電磁結合する一次巻線と二次巻線とを有する点火トランスと、
前記一次巻線の一端に接続されたバッテリと、
前記一次巻線の他端に接続され且つ点火信号によりオンオフするスイッチと、
互いに電磁結合する第１巻線と第２巻線とを有し、前記第１巻線の一端が前記二次巻線の一端に接続され、前記第１巻線の他端に前記点火プラグが接続され、可飽和コアを有する可飽和リアクトルと、
前記第２巻線の両端に前記可飽和コアの磁化状態を飽和状態、不飽和状態に切り替えるためのリセット電圧を印加するリセット回路と、
を備えることを特徴とする点火装置。
複数の点火プラグを点火させる点火装置であって、
互いに電磁結合する一次巻線と二次巻線とを有する点火トランスと、
前記一次巻線の一端に接続されたバッテリと、
前記一次巻線の他端に接続され且つ点火信号によりオンオフするスイッチと、
前記複数の点火プラグと１対１対応で設けられ、各々が互いに電磁結合する第１巻線と第２巻線とを有し、前記第１巻線の一端が前記二次巻線の一端に接続され、前記第１巻線の他端に前記点火プラグが接続され、各々が可飽和コアを有する複数の可飽和リアクトルと、
前記複数の可飽和リアクトルと１対１対応で設けられ、前記第２巻線の両端に前記可飽和コアの磁化状態を飽和状態、不飽和状態切り替えるためのリセット電圧を印加する複数のリセット回路と、
を備えることを特徴とする点火装置。
前記複数のリセット回路の各々のリセット回路を順番に駆動制御するリセット制御部を備えることを特徴とする請求項２記載の点火装置。