JP2018084209A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主一次コイルへの通電時間を長くすることなく安定した高電流期間を確保して、好適な燃焼を維持でき、しかも、点火コイルの大型化および大幅なコスト増を抑制できる内燃機関用点火装置を提供する。【解決手段】通電を開始した後に電流を遮断することで正方向に増加した通電磁束が急減する主一次コイル１１１ａと、通電によって通電磁束とは逆方向の重畳磁束を生じさせる副一次コイル１１１ｂと、一次側の磁束変化が作用して放電エネルギが発生する二次コイル１１２とで小型・低コストの点火コイル１１を構成し、副一次コイル１１１ｂへの通電・遮断を切り替える副一次コイルスイッチユニット５への動作指示と、一次コイル１１１ａへの通電・遮断制御を点火制御手段３１が行うことで、二次電流Ｉ２の高電流期間を必要十分な長さ継続させ、内燃機関の安定した燃焼を維持できるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車両に搭載される内燃機関用の点火装置に関し、点火コイルの二次側に発生させる放電エネルギを重畳的に増大させて、良好な放電特性を得るものである。

車両搭載の内燃機関として、燃費改善のために直噴エンジンや高ＥＧＲエンジンが採用されているが、これらのエンジンは着火性があまり良くないため、点火装置には高エネルギ型のものが必要になる。そこで、古典的な電流遮断原理により発生する点火コイル二次側出力に、さらにもう一つの点火コイルの出力を加算的に重畳する位相放電型の点火装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この特許文献１に記載の点火装置によれば、主点火コイルの一次電流を遮断することでその二次側に発生する数ｋＶの高電圧により、点火プラグの放電間隙に絶縁破壊を起こして点火コイルの二次側から放電電流を流し始めた後に、主点火コイルと並列に接続された副点火コイルの一次電流を遮断し、その二次側に発生する数ｋＶの直流電圧を加算的に重畳することで、比較的長い時間に亙って点火プラグに大きな放電エネルギを与えることができるため、燃料への着火性が向上し、延いては燃費も向上する。

特開２０１２−１４０９２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された点火装置のような方式では、点火プラグの放電電流は各コイルから出力される三角波電流の組み合わせであるため、高電流期間を拡大するためには、２つの点火コイルの点火位相を大きくしたうえで、２つの点火コイルに十分なエネルギを蓄積する時間を長くしなければ、高電流期間を拡大することができない。

また、一次コイルへの通電時間を長くすることなく、コイルに蓄積するエネルギを多くする方法として、点火コイルの体格を大きくして蓄積エネルギを増やす方法、複数の点火コイルを用いる方法が考えられる。しかしながら、大型の点火コイルを用いたり、複数の点火コイルを用いたりすれば、搭載スペースの確保が問題となってしまう。

さらに、点火コイルの外部あるいは内部で電源電圧を昇圧してコイルの二次側に直接的に高電圧を印加したりすることで、一次コイルへの通電時間を長くすることなく、二次側の放電エネルギを高める方法も考えられる。しかしながら、このような方法では、電源電圧を数ｋＶ程度に昇圧させなければならないので、搭載する昇圧回路の高耐圧化および高電圧での接続耐性が必要となり、相当なコストアップとなってしまう。

そこで、本発明は、主一次コイルへの通電時間を長くすることなく安定した高電流期間を確保して、好適な燃焼を維持することができ、しかも、点火コイルの大型化および大幅なコスト増を抑制できる内燃機関用点火装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る内燃機関用点火装置は、通電により正方向の磁束が増加し、電流を遮断することにより正方向の磁束が減ぜられる主一次コイルと、通電により逆方向の追加磁束が生じる副一次コイルと、一端側が点火プラグと接続され、前記主一次コイルと副一次コイルの磁束が作用して放電エネルギが発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
前記点火コイルの主一次コイルへの通電・遮断を切り替える主スイッチ手段と、
前記点火コイルの副一次コイルへの通電許可・拒否を切り替える副一次コイル通電許可スイッチ手段と、
前記点火コイルの副一次コイルへの通電・遮断を切り替える副一次コイル通電スイッチ手段と、
前記主スイッチ手段、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作を制御することで、燃焼サイクルの所定のタイミングで点火プラグに放電火花を発生させる点火制御手段と、
前記点火コイルの二次側に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、
を備え、
前記点火制御手段は、主一次コイルへの通電を遮断することにより二次側に発生した二次電流が前記二次電流検出手段に検出された以降、二次電流の状態が予め定めた重畳開始条件を満たすと、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作制御により副一次コイルに通電することで、二次コイルに発生する放電エネルギを重畳的に増加させ、予め定めた重畳終了条件を満たすと、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作制御により副一次コイルへの通電を遮断するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に係る内燃機関用点火装置において、前記点火制御手段は、二次電流検出手段により検出された二次電流値が、好適な気筒内燃焼の維持を困難にすると想定される指標電流値に達することを重畳開始条件として用いることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２に係る内燃機関用点火装置において、前記点火制御手段は、二次電流検出手段によって二次電流が検出されてから、安定燃焼に必要十分な高電流期間が経過することを重畳終了条件として用いることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関用点火装置によれば、点火制御手段が、二次電流検出手段により検出された二次電流の状態に基づいて、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作を制御して、好適な気筒内燃焼に必要十分な放電エネルギを副一次コイルから二次コイルへ重畳できるので、主一次コイルへの通電時間を長くすることなく安定した高電流期間を確保して、好適な燃焼を実現できる。しかも、点火コイルには副一次コイルを追加するだけで良く、この副一次コイルへの通電制御のためには、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段を設ければ良いので、装置自体の大型化および大幅なコスト増を抑制できる。

本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を示す概略構成図である。 実施形態の内燃機関用点火装置による通常放電制御と重畳放電制御における各部波形を模式的に示した波形図である。 実施形態の内燃機関用点火装置による他の重畳放電制御における波形図である。

次に、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すのは、本発明の実施形態に係る内燃機関用点火装置１であり、内燃機関の気筒毎に設けられる１つの点火プラグ２に放電火花を発生させる点火コイルユニット１０と、この点火コイルユニット１０の動作タイミングを指示する主一次コイル点火信号Ｓａ等を適宜なタイミングで出力する点火制御手段３１を備えた内燃機関駆動制御装置３、車両バッテリ等の直流電源４、副一次コイルスイッチユニット５等で構成される。

なお、本実施形態に示す内燃機関用点火装置１においては、点火制御手段３１が、自動車の内燃機関を統括的に制御する内燃機関駆動制御装置３に含まれるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、通常の内燃機関駆動制御装置３が有している点火信号生成機能によって生成された点火信号を受けて、適宜な制御信号を点火コイルユニット１０および副一次コイルスイッチユニット５へ出力する点火制御手段を別途設けるようにしても構わない。

上記点火コイルユニット１０は、例えば、点火コイル１１、主スイッチ１２、主スイッチ１２と並列に設けるバイパス線路１３、このバイパス線路１３に設ける整流手段１４、二次電流検出手段１５を所要形状のケース１６に収納して一体構造としたユニットである。このケース１６の適所には、高圧端子１６１とコネクタ１６２を設けてあり、高圧端子１６１を介して点火プラグ２を接続すると共に、コネクタ１６２を介して内燃機関駆動制御装置３、車両バッテリ等の直流電源４および副一次コイルスイッチユニット５と接続する。

上記点火コイル１１は、主一次コイル１１１ａ（例えば、９０ターン）と副一次コイル１１１ｂ（例えば、６０ターン）に生ずる磁束を二次コイル１１２（例えば、９０００ターン）に作用させるもので、例えば、センターコア１１３を取り巻くように主一次コイル１１１ａおよび副一次コイル１１１ｂを配置し、更にその外側に二次コイル１１２を配置した構造である。上記主スイッチ１２は、主一次コイル１１１ａへの通電・遮断を行うための主スイッチ手段であり、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いて構成する。すなわち、点火コイルユニット１０は、イグニッションコイルとイグナイタをケース１６内に封止したユニット構造である。

主一次コイル１１１ａの一方端である第１端１１１ａ１は、コネクタ１６２を介して直流電源４と接続され、電源電圧ＶＢ＋（例えば、１２Ｖ）が印加される。主一次コイル１１１ａの他方端である第２端１１１ａ２は主スイッチ１２のコレクタに接続され、主スイッチ１２のエミッタはコネクタ１６２を介して接地点ＧＮＤに接続される。すなわち、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１より出力される主一次コイル点火信号Ｓａが主スイッチ１２のゲートに入力されると（主一次コイル点火信号Ｓａの信号レベルがＬからＨに変わると）、主スイッチ１２がオンになって主点火コイル１１１ａの第２端１１１ａ２が接地点ＧＮＤに接続され、主一次コイル１１１ａには第１端１１１ａ１から第２端１１１ａ２に向かう主一次電流Ｉ１ａが流れる。これにより、主一次コイル１１１ａには、順方向の通電磁束が発生する。

副一次コイル１１１ｂの一方端である第１端１１１ｂ１は、副一次コイルスイッチユニット５（後に詳述する）を介して直流電源４と接続され、副一次コイル１１１ｂの他方端である第２端１１１ｂ２は、副一次コイルスイッチユニット５を介して接地点ＧＮＤと接続される。そして、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１により副一次コイルスイッチユニット５が制御されて、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側が直流電源４に、第２端１１１ｂ２側が接地点ＧＮＤにそれぞれ接続され、副一次コイル１１１ｂには第１端１１１ｂ１から第２端１１１ｂ２に向かう重畳電流Ｉ１ｂが流れる。

副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂが流れると、上記通電磁束とは逆方向の重畳磁束が発生し、この重畳磁束は、主一次コイル１１１ａへの通電遮断時に二次側に誘起される磁界の向きと同じである。すなわち、主一次コイル１１１ａへの通電遮断タイミング以降に、重畳電流Ｉ１ｂを副一次コイル１１１ｂに流すと、二次コイル１１２に発生する放電エネルギを重畳的に増加させることができる。なお、通電磁束と重畳磁束の向きを逆にするためには、主一次コイル１１１ａと副一次コイル１１１ｂの巻回方向を逆にするか、主一次コイル１１１ａへの給電方向と副一次コイル１１１ｂへの給電方向を逆にしておけば良い。

上記のように、副一次コイル１１１ｂへの通電で逆方向の重畳磁束が生じる構成にすると、副一次コイル１１１ｂへの通電が遮断されたとき、その逆起電力が主一次コイル１１１ａに作用するため、通常の一次電流とは逆向きの電流を流そうとする逆方向の電圧が主スイッチ１２のコレクタ−エミッタ間に印加されることとなり、主スイッチ１２が故障したり、主スイッチ１２の劣化を早めたりする危険性がある。そこで、主スイッチ１２と並列にバイパス線路１３を設けると共に、このバイパス線路１３の接地点側から点火コイル１１側に向かって順方向となる整流手段１４（例えば、主スイッチ１２のコレクタ側にカソードを、主スイッチ１２のエミッタ側にアノードをそれぞれ接続したダイオード）を設けておく。

上記二次電流検出手段１５は、例えば、二次コイル１１２から接地点ＧＮＤに至る接地線に介挿した電流検出用抵抗１５１と、該電流検出用抵抗１５１による電圧変化を検知する二次側電圧検出ライン１５２とで構成し、この二次電流検出手段１５より得られる二次電流検出信号は、内燃機関駆動制御装置３へ供給される。そして、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１は、二次電流検出手段１５より得られる二次電流検出信号に基づいて、副一次コイルスイッチユニット５への制御タイミングを判断し、副一次コイル１１１ｂへの通電・遮断を制御する。

また、点火コイルユニット１０には、副一次コイル１１１ｂに流れる重畳電流Ｉ１ｂを検出するための重畳電流検出手段１７（重畳電流検出用抵抗１７１と副一次電圧検出ライン１７２より構成）を設けてあり、この重畳電流検出手段１７より得られる重畳電流検出信号も、内燃機関駆動制御装置３へ供給される。

一方、上述した点火コイルユニット１０とは別体として設けた副一次コイルスイッチユニット５は、副一次コイル１１１ｂへの通電・遮断を制御するためのスイッチ機能をユニット化したものである。具体的には、副一次コイル１１１ｂへの通電許可・拒否を切り替える副一次コイル通電許可スイッチ手段としての副一次コイル通電許可スイッチ５１、および副一次コイルへ１１１ｂの通電・遮断を切り替える副一次コイル通電スイッチ手段としての副一次コイル通電スイッチ５２を同一ケース内に設けたものである。

副一次コイル通電許可スイッチ５１は、高速スイッチング特性を備えるパワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成し、副一次コイル通電許可スイッチ５１のドレインが副一次コイル１１１ｂの第２端１１１ｂ２側に、副一次コイル通電許可スイッチ５１のソースが接地点ＧＮＤ側に接続され、副一次コイル通電許可スイッチ５１のゲートには副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１が入力される。したがって、副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１がオン（例えば、信号レベルがＬからＨ）になると、副一次コイル通電許可スイッチ５１がオンになり、副一次コイル１１１ｂの第２端１１１ｂ２が接地点ＧＮＤに接続されることとなる。

また、副一次コイル通電スイッチ５２もパワーＭＯＳ−ＦＥＴで構成し、副一次コイル通電スイッチ５２のドレインが直流電源４側に、副一次コイル通電スイッチ５２のソースが副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側に接続され、副一次コイル通電スイッチ５２のゲートには副一次コイル通電信号Ｓｂ２が入力される。したがって、副一次コイル通電信号Ｓｂ２がオン（例えば、信号レベルがＬからＨ）になると、副一次コイル通電スイッチ５２がオンになり、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１に直流電源４から電源電圧ＶＢ＋が印加されることとなる。なお、副一次コイルスイッチユニット５内に昇圧電源回路５３（図１中、二点鎖線で示す）を設け、直流電源４からの電源電圧ＶＢ＋を昇圧して副一次コイル１１１ｂへ供給できるようにしても良い。斯くすれば、副一次コイル１１１ｂに印加する電圧を高くして、副一次コイル１１１ｂに流す重畳電流Ｉ１ｂを大きくできるので、副一次コイル１１１ｂから二次コイル１１２へ、より大きなエネルギを重畳することが可能となる。

しかして、本実施形態に係る内燃機関用点火装置１では、点火制御手段３１が、二次電流検出手段１５により検出された二次電流の状態に基づいて、副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２の切り替え動作を制御して、重畳磁束を発生させるタイミング、重畳磁束の大きさ、重畳磁束を消失させるタイミングを調整する。これにより、点火プラグ２の放電電流を高電流に維持して気筒内燃焼を好適な状態に保つ上で必要な放電エネルギを、副一次コイル１１１ｂから二次コイル１１２へ重畳できるので、主一次コイルへ１１１ａの通電時間を長くすることなく、二次電流Ｉ２に十分な長さの高電流期間を確保して、好適な燃焼を維持できるようにする。

なお、副一次コイル１１１ｂによって放電エネルギを二次側へ重畳する制御は、主一次コイル１１１ａへの通電を遮断することにより二次側に発生した二次電流Ｉ２が二次電流検出手段１５に検出された以降であれば良く、検出された二次電流Ｉ２の状態から判断可能な諸条件を適宜に設定すれば良い。例えば、二次電流の状態が予め定めた重畳開始条件を満たすと判断した点火制御手段３が、副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２の切り替え動作制御により副一次コイル１１１ｂに通電させ、二次コイル１１２に発生する放電エネルギを重畳的に増加させる。その後、二次電流の状態が予め定めた重畳終了条件を満たすと判断した点火制御手段３が、副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２の切り替え動作制御により副一次コイル１１１ｂへの通電を遮断し、重畳磁束による二次側への放電エネルギ重畳を中止する。

上述したように、本実施形態に係る内燃機関用点火装置１においては、点火制御手段３１が用いる重畳開始条件と終了開始条件を適切に設定しておけば、実際に取得される二次電流Ｉ２の状態に応じた効率の良い点火制御を行う事ができる。例えば、点火プラグ２に放電電流が安定して流れるための高電流期間を長くしたい場合、従来は、二次側に与える放電エネルギを高くして、二次電流Ｉ２が減衰しても高電流期間が長くなるような制御を行わなければならないが、主一次コイル１１１ａへの通電時間を長くすると、それだけ主スイッチ１２と主一次コイル１１１ａの昇温が問題となり、発熱によるダメージを受けて誤動作する危険性もある。これに対して、本実施形態に係る内燃機関用点火装置１においては、副一次コイル１１１ｂへの通電制御によって、副一次コイル１１１ｂに生ずる重畳磁束で二次側の放電エネルギを増加させ、二次電流Ｉ２を高い値に保つ、あるいは二次電流Ｉ２の減衰を緩やかにすることができるので、主一次コイル１１１ａへの通電時間を長くすることなく、安定した気筒内燃焼に好適な高電流期間を維持できる。

次に、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１より出力される主一次コイル点火信号Ｓａ、副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１および副一次コイル通電信号Ｓｂ２による副一次コイルスイッチユニット５および点火コイルユニット１０の動作を、図２の波形図に基づいて説明する。

重畳磁束によって二次側へ放電エネルギを追加するまでもなく、主一次コイル１１１ａのみで適切な放電特性を得られている運転状況の場合、内燃機関駆動制御装置３は通常放電制御を行うので、点火制御手段３１より主一次コイル点火信号Ｓａが出力され、点火コイルユニット１０に入力される。

まず、放電サイクルの適宜なタイミングで主一次コイル点火信号Ｓａの信号レベルをＬからＨに変化させて、主スイッチ１２をオンにし、一次電流Ｉ１ａを流し始める。主一次コイル通電期間Ｔａが経過したタイミングで主一次コイル点火信号Ｓａの信号レベルをＨからＬに変化させて、主スイッチ１２をオフにし、一次電流Ｉ１ａを遮断すると、二次コイル１１２側に二次電流Ｉ２が流れる。なお、図１に示した二次電流Ｉ２と逆極性のため、図２の二次電流波形ではマイナス側に増加するものとして記載してある。

一次側の電流遮断により二次側の電圧は急激に増加してゆき、二次電流Ｉ２は急激に増加する。そして、点火プラグ２への印加電圧が放電電圧に達すると、電極間のギャップに絶縁破壊が生じ、放電火花が生じると共に放電電流が流れ始め、二次電流Ｉ２は急速に減少してゆくが、ある程度下がったところで減衰が緩やかになり、二次電流Ｉ２は徐々に零へ近づいてゆく。二次電流Ｉ２の流れ始めの急激な上昇と急激な減少は、二次コイル１１２に蓄えられた静電容量による容量放電と考えられ、以下では、二次電流Ｉ２の減衰が緩やかになるまでの期間を容量放電期間という。また、二次電流Ｉ２が緩やかになって帰零するまでは、主一次コイル１１１ａの電流遮断によって二次コイル１１２に与えられた電磁誘導エネルギの放出による誘導放電と考えられ、以下では、二次電流Ｉ２の減衰が緩やかになってから帰零するまでの期間を誘導放電期間という。

容量放電期間及び誘導放電期間が経過するまで、副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１および副一次コイル通電信号Ｓｂ２の信号レベルは共にＬを保持しているので、副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂが流れることはない。したがって、二次コイル１１２のエネルギ放出に伴って点火プラグ２の放電電流が低下してゆくことを、二次電流Ｉ２の減衰状態から判断できる。

なお、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）では、点火プラグ２に生じた放電火花により気筒内の燃料に点火し、気筒内の燃焼が生ずるのであるが、点火プラグ２に流れる放電電流が十分でないと、燃焼に好適な大きさの火炎核が形成されず、必要な運動エネルギを得られない可能性がある。好適な気筒内燃焼に必要な放電電流の電流値や維持時間は、内燃機関の構造、混合気の状態、エンジンの回転数等によって様々であるから、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１では、当該内燃機関の運転状況に応じて、点火プラグ２に流す放電電流として望ましい電流値と維持期間を指標電流値および高電流期間として記憶し（あるいは、指標電流値や高電流期間の算出式、内燃機関の運転状況と指標電流値や高電流期間との対応表などから指標電流値および高電流期間を求め）、この指標電流値以上の高電流が高電流期間に亘って維持されるように、点火制御手段３１が点火コイルユニット１０および副一次コイルスイッチユニット５の動作制御を行うことで、好適な気筒内燃焼を実現する。

上述した通常放電制御は、点火制御手段３１が、主一次コイル通電期間Ｔａだけ主一次コイル１１１ａへの通電を行うことで二次側に与える放電エネルギにより、指標電流値以上の二次電流Ｉ２を高電流期間に亘って維持でき、好適な気筒内燃焼を実現できると判断した場合に行うのである。なお、点火プラグ２に流れる実際の放電電流は、経過時間に応じて滑らかに減衰しているわけではなく、放電の強弱により変動していることから、指標電流値をギリギリまで低く設定してしまうと、高電流期間が途切れてしまい、好適な気筒内燃焼を実現できない可能性もある。そこで、指標電流値は、良好な火炎核形成に必要な電流値よりも若干高めに設定しておくことが望ましい。

一方、主一次コイル通電期間Ｔａだけ主一次コイル１１１ａへの通電を行ったときに二次側に与える放電エネルギでは足りず、放電開始から比較的長時間に亘る高電流期間が必要であったり、より高い指標電流値以上に保つ必要があったりする場合、内燃機関駆動制御装置３の点火制御手段３１は、副一次コイル１１１ｂを用いた重畳放電制御を行う。すなわち、点火制御手段３１は、主一次コイル１１１ａへ通電する主一次コイル通電期間Ｔａを長くすることなく、好適な気筒内燃焼を実現するために必要十分な高電流期間を実現できるように、重畳放電制御を行うのである。

なお、重畳放電制御を行うか否かの判断は、二次電流検出手段１５からの二次電流検出信号に基づいて、点火制御手段３１が行い、当該内燃機関の好適な運転状態を維持するために必要な高電流の維持期間を実現できる副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１および副一次コイル通電信号Ｓｂ２を生成し、副一次コイルスイッチユニット５３へ出力する。

重畳放電制御に際して、まず、放電サイクルの適宜なタイミングで主一次コイル点火信号Ｓａの信号レベルをＬからＨに変化させて、主スイッチ１２をオンにし、一次電流Ｉ１ａを流し始める。主一次コイル通電期間Ｔａが経過したタイミングで主一次コイル点火信号Ｓａの信号レベルをＨからＬに変化させて、主スイッチ１２をオフにし、一次電流Ｉ１ａを遮断すると、二次コイル１１２側に二次電流Ｉ２が流れる。

この一次電流遮断タイミング以降に重畳放電を行うので、点火制御手段３１は、例えば、主一次コイル点火信号Ｓａをオフにするのと同時に副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１をオンにし、副一次コイル通電許可期間Ｔｂ１が経過したタイミングで副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１をオフにする。すなわち、副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１がオンになることで、副一次コイルスイッチユニット５の副一次コイル通電許可スイッチ５１がオンになっている期間は、副一次コイル１１１ｂの第２端１１１ｂ２側が接地点ＧＮＤに接続されており、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側より電圧が印加されれば、いつでも副一次コイル１１１ｂに通電できる状態に保持される。

なお、副一次コイル通電許可期間Ｔｂ１は任意の時間に設定して構わないが、少なくとも、二次電流Ｉ２を指標電流値以上に維持する必要がある高電流期間よりも長くしておく必要がある。例えば、主一次コイル通電期間Ｔａだけ主一次コイル１１１ａへの通電を行って主一次電流を遮断したときに、二次電流Ｉ２が流れ始めて帰零するまでの期間（容量放電期間＋誘導放電期間）を副一次コイル通電許可期間Ｔｂ１に設定しておけば十分である。

主一次コイル１１１ａへの通電遮断により、二次コイル１１１２に二次電流Ｉ２が急激に流れ、点火プラグ２に放電電流が流れ始めることで二次電流Ｉ２が急激に減衰してゆき、二次電流Ｉ２の急激な減衰が終わったタイミング（例えば、容量放電期間が経過したタイミング）で、点火制御手段３１は、副一次コイル通電信号Ｓｂ２をオンにする。すなわち、点火制御手段３１は、容量放電期間に等しい副一次コイル通電待機期間Ｔｂ０が経過したタイミングで、副一次コイルスイッチユニット５の副一次コイル通電スイッチ５２をオンにすることで、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側を直流電源４に接続し、副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂを流すことで、副一次コイル通電期間Ｔｂ２が経過するまで二次電流Ｉ２を高電流に維持するのである。

なお、副一次コイル通電信号Ｓｂ２をオンにする副一次コイル通電期間Ｔｂ２は、必要とされる高電流期間から副一次コイル通電待機期間Ｔｂ０を引いた期間として求めることができる。また、点火制御手段３は、副一次コイル通電スイッチ５２をＰＷＭ制御することにより、副一次コイル１１１ｂに与える電力を調整することができるので、過剰な重畳磁束が二次コイル１１２に作用して、必要以上に高い二次電流Ｉ２にしてしまうことを抑制し、高い燃費効率を実現できるようにした。

以上のように、本実施形態に係る内燃機関用点火装置１によれば、点火制御手段３１が、二次電流検出手段１５により検出された二次電流Ｉ２の状態に基づいて、副一次コイルスイッチユニット５の副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２を制御することで、副一次コイル１１１ｂに重畳磁束を発生させ、二次電流Ｉ２を必要十分な期間に亘って高電流に維持できる。したがって、好適な気筒内燃焼に必要十分な放電エネルギを副一次コイル１１１ｂから二次コイル１１２へ重畳すれば、主一次コイルへ１１１ａの通電時間を長くすることなく安定した高電流期間を確保でき、好適な燃焼を実現できる。しかも、内燃機関用点火装置１の点火コイルユニット１０に用いる点火コイル１１１は、既存の点火コイルに副一次コイル１１１ｂを追加するだけで良く、この副一次コイル１１１ｂへの通電制御のためには、副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２を設ければ良いので、装置自体の大型化および大幅なコスト増を抑制できる。

上述した内燃機関用点火装置１では、点火制御装置３１が、容量放電期間の経過を重畳終了条件として用い、二次電流検出手段１５によって二次電流が検出されてから、安定燃焼に必要十分な高電流期間が経過することを重畳終了条件として用いるものとしたが、これに限定されるものではない。また、点火制御装置３１が、副一次コイル通電許可スイッチ５１をオンにする副一次コイル通電許可期間Ｔｂ１も、適宜に設定して構わない。

図３に示すのは、二次電流検出手段１５により検出された二次電流Ｉ２の値が、好適な気筒内燃焼の維持を困難にすると想定される指標電流値に達することを重畳開始条件として重畳放電制御を行う場合の波形図である。

例えば、点火制御手段３１は、主一次コイル点火信号Ｓａをオフにするのと同時に副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１をオンにし、当該内燃機関の運転状況に応じて必要とされる高電流期間に等しい副一次コイル通電許可期間Ｔｂ１が経過したタイミングで副一次コイル通電許可信号Ｓｂ１をオフにする。これにより、副一次コイル１１１ｂの第２端１１１ｂ２側が接地点ＧＮＤに接続されるので、高電流期間中はいつでも、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側より電圧が印加されれば副一次コイル１１１ｂに通電できる状態に保持される。

また、点火制御手段３１は、二次電流検出手段１５により検出された二次電流Ｉ２の値が指標電流値まで下がるタイミング（副一次コイル通電待機期間Ｔｂ０が経過したタイミング）で、副一次コイル通電信号Ｓｂ２をオンにして副一次コイル通電スイッチ５２をオンにし、副一次コイル１１１ｂの第１端１１１ｂ１側を直流電源４に接続し、副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂを流す。これにより、副一次コイル１１１ｂによる重畳磁束が二次コイル１１２に作用し、指標電流値まで低下した二次電流Ｉ２を増加させ、副一次コイル通電期間Ｔｂ２が経過するまで二次電流Ｉ２を高電流に維持するのである。

このように、二次電流検出手段１５により検出された二次電流Ｉ２の値が指標電流値まで下がるタイミングで副一次コイル１１１ｂに重畳電流Ｉ１ｂを流して重畳磁束を二次コイル１１２に作用させる手法により重畳放電制御を行えば、高電流期間に亘って高電流を維持するために副一次コイル１１１ｂで消費する電力を必要最低限に抑えることができ、一層高い燃費効率を実現できる。

また、上述した内燃機関用点火装置１は、一つの気筒のみ示したが、複数の気筒で構成される内燃機関の場合、気筒毎に副一次コイスイッチユニット５を設けても良いし、各気筒に対応した副一次コイル通電許可スイッチ５１および副一次コイル通電スイッチ５２全てを単一ケースに収納した統括ユニットとし、この統括ユニットと各気筒の点火コイルユニット１０とを接続するようにしても良い。

以上、本発明に係る内燃機関用点火装置の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。

１ 内燃機関用点火装置
１０ 点火コイルユニット
１１ 点火コイル
１１１ａ 主一次コイル
１１１ｂ 副一次コイル
１１２ 二次コイル
１１３ センターコア
１２ 主スイッチ
１５ 二次電流検出手段
１６ ケース
２ 点火プラグ
３ 内燃機関駆動制御装置
３１ 点火制御手段
４ 直流電源
５ 副一次コイルスイッチユニット
５１ 副一次コイル通電許可スイッチ
５２ 副一次コイル通電スイッチ

Claims (3)

1. 通電により正方向の磁束が増加し、電流を遮断することにより正方向の磁束が減ぜられる主一次コイルと、通電により逆方向の追加磁束が生じる副一次コイルと、一端側が点火プラグと接続され、前記主一次コイルと副一次コイルの磁束が作用して放電エネルギが発生する二次コイルと、を有する点火コイルと、
   前記点火コイルの主一次コイルへの通電・遮断を切り替える主スイッチ手段と、
   前記点火コイルの副一次コイルへの通電許可・拒否を切り替える副一次コイル通電許可スイッチ手段と、
   前記点火コイルの副一次コイルへの通電・遮断を切り替える副一次コイル通電スイッチ手段と、
   前記主スイッチ手段、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作を制御することで、燃焼サイクルの所定のタイミングで点火プラグに放電火花を発生させる点火制御手段と、
   前記点火コイルの二次側に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、
   を備え、
   前記点火制御手段は、主一次コイルへの通電を遮断することにより二次側に発生した二次電流が前記二次電流検出手段に検出された以降、二次電流の状態が予め定めた重畳開始条件を満たすと、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作制御により副一次コイルに通電することで、二次コイルに発生する放電エネルギを重畳的に増加させ、予め定めた重畳終了条件を満たすと、副一次コイル通電許可スイッチ手段および副一次コイル通電スイッチ手段の切り替え動作制御により副一次コイルへの通電を遮断するようにしたことを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記点火制御手段は、二次電流検出手段により検出された二次電流値が、好適な気筒内燃焼の維持を困難にすると想定される指標電流値に達することを重畳開始条件として用い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. 前記点火制御手段は、二次電流検出手段によって二次電流が検出されてから、安定燃焼に必要十分な高電流期間が経過することを重畳終了条件として用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用点火装置。

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