JP2554568B2 - 内燃機関用の低圧配電重ね放電式点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数気筒を持つ内燃機
関用の点火装置に関し、特に、各気筒用の各点火プラグ
のそれぞれに専用の点火コイルを設けた低圧配電式点火
装置における改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両搭載の内燃機関用点火装置であっ
て、いわゆる低圧配電式と呼ばれるものは周知である。
それ以前の高圧配電式、すなわち、一つの点火コイルの
二次側に発生する高圧出力を、機関の回転角位置に応じ
て点火タイミングにある気筒の点火プラグにのみ与える
ため、ディストリビュータによって配電する方式では、
電磁ノイズの発生確率が高く、車両搭載の各種電子機器
を誤動作させるおそれがある。これに対し、低圧配電式
ではそのような危険がなく、高圧エネルギのロスも少な
い。また、点火コイル一次側での配電になるため、電子
的な制御がし易く、従来のディストリビュータのような
機械的可動部品を要しないことから故障確率も大いに低
下し、保守も容易になる。このような長所は、各点火プ
ラグに一つづつ専用の点火コイルを要するという不都合
を補って余りある。

【０００３】事実、昨今ではこうした低圧配電式の点火
装置が主流になりつつあるが、この方式にさらに、いわ
ゆる重ね放電方式を併用することも望まれてきた。これ
は、点火コイル一次電流の遮断により点火コイル二次側
に高圧が発生したとき、別途に設けた昇圧回路により昇
圧した高圧を当該二次電圧に加算的に重畳するものであ
るが、以前の高圧配電方式との組合せでは、このような
方式を内包する点火装置も多く提案されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高圧配電方式
に重ね放電方式を併用したものは、いかんせんエネルギ
のロスが多く、極めて非効率的であった。また、既述の
理由から、将来的に見ても高圧配電方式自体が衰退の道
をたどることが予想されるため、このような方式に対し
てあえて改良を施すのも最早得策ではない。換言する
と、低圧配電式であって、なおかつ重ね放電方式を併有
する点火装置の提供が急務である。そして、そのような
点火装置は、現今の技術をしても十分に実現可能な態様
でなければならず、なるべく小型、安価に提供し得るも
のでなければならない。本発明は、まさしくこの点に鑑
みてなされたもので、複数気筒の内燃機関の点火装置と
して、低圧配電方式を採り、かつ重ね放電方式を有する
実用価値の高い点火装置を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、低圧配電式点火装置、すなわち、各点火プラ
グがそれぞれ専用の点火コイルを持つ点火装置におい
て、各点火コイルの二次側を、それぞれフォトカプラの
光スイッチング素子を直列に介して単一の昇圧回路の高
圧出力に接続し、各フォトカプラ中の発光素子は、点火
コイル一次電流の遮断タイミングに同期させて駆動、発
光させるようにした。ただし、本発明の別な態様では、
複数の気筒の中、一方が点火を要するときに他方は排気
工程に入っている関係にある一対の気筒用の一対の点火
コイルの二次側は、それぞれに専用ではなく、共通のフ
ォトカプラを直列に介して昇圧回路の高圧出力に接続す
るようにした点火装置も提案する。

【０００６】

【実施例】図１には本発明の一実施例が示されている。
図示の場合、四気筒車用の低圧配電式点火装置に本発明
による改良を施した場合を例示しており、したがって点
火プラグは全部で四つあり、それぞれに専用に点火コイ
ルも四つある。以降、各点火プラグや点火コイルをそれ
ぞれ特定的に示す場合には、それぞれサフィックス付き
の符号１_-1，１_-2，１_-3，１_-4；２_-1，２_-2，２_-3，２
_-4を用いるが、どれか一つで他を代表できる説明の場合
にはサフィックスを省略し、例えば単に点火プラグ１と
か点火コイル２と称する。この点は、他のサフィックス
付き符号にて表される構成要素に関しても同様とする。

【０００７】この実施例は、通常の低圧配電式点火装置
が有している構成要素は同様に有しており、これらにつ
いては特に改変の要はない。すなわち、適当なる公知既
存のセンサ手段（図示せず）から得られる機関回転角信
号３に基づき、制御回路４は全部で四つある点火コイル
一次電流遮断用スイッチング素子５,・・・・・の中、現在点
火時期に至った気筒に関する点火コイル１の一次回路に
直列に入ったスイッチング素子５をターンオフさせて、
相互誘導原理により、点火コイル二次側に高圧出力を生
じさせる。スイッチング素子５は、図示の場合、ｎｐｎ
トランジスタ５によって示されているが、いわゆるパワ
ースイッチング素子と呼ばれるものであれば良く、パワ
ーＭＯＳＦＥＴやサイリスタ等の使用例もある。本発明
でも特に限定はない。

【０００８】以下、図２の要部波形図もを参照しなが
ら、本発明により追加された構成要素やそれらの動作に
つき説明する。まず、点火時期に近づいている点火コイ
ル２に関しては、その一次電流を選択的に断続するスイ
ッチング素子５に対し、制御回路４からオン指令が与え
られ、図２に示すように、その一次巻線に一次電流が流
され、エネルギの蓄積が図られる。

【０００９】しかるに、このようにして一旦はオンとさ
れたスイッチング素子５が、当該スイッチング素子に関
与する気筒の点火タイミングに至り、制御回路４からタ
ーンオフ指令が与えられると、このスイッチング素子５
に一次回路を直列に接続した点火コイル２の当該一次電
流が急激に断たれ、その二次側に誘導高圧電圧が生ず
る。本発明が達成しようとしている重ね放電方式を採用
せず、単にこのような電流遮断による相互誘導原理によ
ってのみ、放電エネルギを得ようとしていた従来の点火
装置では、点火プラグ１にて得られる放電電流波形は、
図２中、「点火プラグ合成放電電流」と名付けられてい
る波形中、仮想線の波形で示すように、例えば立ち上が
りの尖頭電流値は代表値で６０ｍＡ程度と十分でがある
が、継続時間が短く、代表的には１．８ｍＳ程度の波形
しか得られなかった。

【００１０】ところが、本発明では、次のような回路構
成と動作により、長い時間に亙り大きな放電エネルギが
得られるようになっている。まず、回路構造的に見る
と、各点火コイル２の二次巻線の接地側端子は、発光素
子９と光スイッチング素子８とから成るフォトカプラ
中、当該光スイッチング素子８を介し、昇圧回路の高圧
出力に接続されている。図示の場合、昇圧回路は、昇圧
トランス１１、昇圧トランス一次側をチョッパリングす
るスイッチング素子１２、二次高圧出力を整流する整流
ダイオード１３、そして平滑コンデンサ１４を有してお
り、スイッチング素子１２は、後に述べるように発振駆
動回路１０にて駆動される。周知のように、この種の点
火装置では、接地側が放電電流に関しては正となるの
で、昇圧回路の高圧出力も負方向に大きな電圧を発生し
得るように各構成要素の極性が定められており、整流ダ
イオード１３のアノードと平滑コンデンサの負端子の接
続点が当該昇圧回路の高圧出力端となる。

【００１１】なお、市場に提供されているフォトカプラ
にも種々あり、一般に発光素子９は発光ダイオードであ
る点で共通しているが、この発光ダイオードの出力する
光を受けるとオン状態に遷移する光スイッチング素子８
としては、最も一般的なフォトトランジスタの外、フォ
トサイリスタ、フォトトライアック等がある。いずれで
も良いので、図中では単にスイッチ記号で示している。
ちなみに、本出願人の実験例では、光スイッチング素子
８にフォトトライアックを用いているフォトカプラを使
った。したがってこれは、一旦、発光素子９によりトリ
ガを受けると、トライアック素子電流が所定値以下に低
下するまで、オン状態を続ける。

【００１２】図示の場合、全部で四つあるフォトカプラ
の各々の発光素子９_-1〜９_-4は、それぞれ専用の発光素
子駆動回路１５_-1〜１５_-4にて選択的に駆動される。各
発光素子駆動回路１５は、点火コイル一次電流を遮断す
るためのスイッチング素子がターンオフする瞬間にトリ
ガされるように、図示の場合はインバータと単安定マル
チバイブレータ（図中、「ＯＳＭ」と略記）の直列回路
として構成され、電流遮断用トランジスタ５のベース電
圧が立ち下がるタイミングで単安定マルチバイブレータ
ＯＳＭの出力が立ち上がり、対応するフォトカプラ中の
発光素子９が規定の時間、駆動され、光スイッチング素
子８がオンとなるようにされている。

【００１３】さらに、制御回路４は、既述した従来の点
火装置の有する基本的な機能に加えて、四つの電流遮断
用トランジスタ５_-1〜５_-4のいずれであっても、それら
を一旦ターンオンさせた後、急激にオフさせた後、ほん
の少しだけ遅れて発振駆動回路１０を駆動させる指令信
号を発するように構成されている。これにより、発振駆
動回路１０は、所定の周波数のパルス列を予定の期間だ
け発振し、当該発振パルスに応じてスイッチング素子１
２が細かい周期でオンオフする。図示の場合、このスイ
ッチング素子１２はＭＯＳトランジスタによって構成さ
れている（限定的ではもちろんない）が、このオンオフ
動作により、図中の接続ノードＡを介してバッテリ６の
ホット側に一端を接続している昇圧トランス一次巻線を
流れる一次電流はチョッパリングを受け、これにより、
一次、二次の巻線比に応じ、二次側に高圧出力が表れ
る。

【００１４】このような回路構成になっているため、図
２中、点火タイミングにある点火コイル２の一次電流が
制御回路４によって遮断されると、当該点火コイルの二
次側に高圧出力が生ずると同時に、当該点火コイルに関
するフォトカプラ中の発光素子９も駆動されて発光し、
これによって対応する光スイッチング素子８もオンとな
って、この点火コイル２の二次接地側端子を昇圧回路の
高圧出力（コンデンサ１４の負端子）に接続する。その
ため、その当初は、オンとなった光スイッチング素子８
と昇圧回路の平滑コンデンサ１４、そして点火プラグ１
を直列に含む閉ループにより、従来の電流遮断型点火装
置と全く同様に、鋭く立ち上がる放電電流波形が点火プ
ラグ１にて得られる。

【００１５】しかるにその後、予定の時間だけ、少し遅
れたタイミングで、制御回路１１からの信号により発振
駆動回路１０が稼働し始めると、昇圧トランス１１の一
次側がスイッチング素子１２によりチョッパリングを受
けるため、当該トランスの二次側に高圧出力が表れ、こ
れが整流ダイオード１３で整流されて、電流遮断メカニ
ズムによって生じた放電電流に対し、重畳される結果、
点火プラグ１の合成放電電流は図２中に示されているよ
うに、燃料着火に十分な長い時間に亙って高いエネルギ
レベルを保ち得るものとなる。この期間は、本発明者の
試作例では概ね５ｍＳになっており、その間、４０ｍＡ
程度の放電電流を継続して得ることができる。実際、こ
のような点火プラグ１における放電火花により、燃料へ
の着火性は大いに向上するし、ひいては燃費にも利いて
くる。ただしもちろん、当該放電継続時間の決定は、個
々の車両ごとになされるべき最適設計に任される問題で
ある。

【００１６】また、明らかなように、本発明の原理から
すれば、昇圧回路は常に稼働していても構わないが、こ
れはエネルギの無駄である。したがって、図示実施例に
認められるように、必要なときだけ、駆動されるのが望
ましい。

【００１７】図１に示される回路は、さらに図３に示す
ように簡単化することもできる。例えば図示されている
四気筒車で四サイクル駆動の場合、ある気筒が圧縮工程
にあると自身は排気工程にあり、吸気工程にあるならば
自身は爆発工程にあるような関係の対として、一対づ
つ、二組の気筒対に分けることができる。そして、こう
した対をなす気筒対の一方が圧縮工程の最後近くで点火
を受ける際、排気工程にある他方の気筒内にて仮に点火
火花が生じても、これは何等問題がない。

【００１８】そこで、図３に示されている実施例では、
このような関係にある一対の気筒に関する点火コイル
（２_-1，２_-4），（２_-2，２_-3）の二次接地側端子は、
それぞれ共通のフォトカプラの光スイッチング素子８
_-14 ，８_-23 に接続しており、これら対をなす気筒の点
火コイル２のいずれか一方が点火タイミングにあるとき
には、それらフォトカプラ中の発光素子９_-14 ，９_-23
が駆動されるように構成されている。つまり、発光素子
駆動回路１５の数も、図１に示されている実施例に比べ
て二つ（１５_-14 ，１５_-23)に減らされており、対をな
す気筒の点火コイルの一次電流遮断用スイッチング素子
（５_-1，５_-4），（５_-2，５_-3）のベース電圧のオアを
採るオア回路１６，１６を介し、各発光素子駆動回路１
５_-14 ，１５_-23 が駆動されるようになっている。この
ような外付けのオア回路１６，１６は説明のためであ
り、実際には不要なことが多く、制御回路４中の適当な
る部位からの信号取り出しにより、図１に示した実施例
の場合に比し、二倍の周期で各発光素子駆動回路１５
_-14，１５_-23 が順次駆動されるように組むことができ
る。

【００１９】次に、少し実際的な問題につき鑑みるに、
現在市場に提供されているフォトカプラは、その光スイ
ッチング素子８の耐圧がせいぜい５００〜６００Ｖ止ま
りである。一方、昇圧回路が稼働する前における初期の
電流遮断メカニズムによっての点火コイル二次側出力
は、容易に数Ｋｖになり得る。そこで、耐圧上の危惧が
残る場合には、図４に示されるような工夫をすると良
い。図４は、点火コイルを一つだけ取り出して、その周
囲回路に関する部分をのみ示しているが、要は、各フォ
トカプラの各光スイッチング素子８に並列に、意図的に
適当なる容量のコンデンサＣｓを接続するのである。こ
のようにすると各光スイッチング素子８に印加される電
圧が減少する理由は次の通りである。

【００２０】一般に点火コイル２の二次側に関しては、
当該点火コイルの二次側容量と点火プラグ１の容量との
合成容量として、等価回路的に図４に示される通りの浮
遊容量Ｃｆが見込まれる。そこで、各光スイッチング素
子８に並列に、意図的に容量Ｃｓを接続すると、等価的
に容量分圧回路を構成することができ、光スイッチング
素子８の接地側電圧Ｖｏとした場合、当該光スイッチン
グ素子８の両端に印加される電圧Ｖｔは、 Ｖｔ＝｛Ｃｆ／（Ｃｓ＋Ｃｆ）｝Ｖｏ となる。そのため、並列接続するコンデンサＣｓの容量
値を、光スイッチング素子８の応答遅れ等、実働上、問
題を生じない範囲である程度以上に大きくすると、光ス
イッチング素子８の両端に印加される電圧を相当小さな
電圧値以下にクランプすることができ、既存のフォトカ
プラでも十分使用に供し得るようになる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると、低圧配電式の点火装置
において、さらに重ね放電方式を有意に併用し得る。例
えば、各点火コイルごとに専用の昇圧トランスを用いる
と回路的には簡単になるが、余りにも大型、効果にな
り、実際的ではない。これに対し、本発明によれば、た
った一つの昇圧トランスを用いるだけで済む。また、昇
圧出力を選択的に点火タイミングにある点火コイルの二
次側出力に印加する際、そのためのスイッチング線路で
ある高圧側と、これを駆動する指令線路である低圧側と
は、フォトカプラの採用により、電気的に完全に分離さ
れるので、回路が非常に簡素になり、かつ、各点火コイ
ルの一次低圧電流を制御する電子的な回路を利用して合
理的な制御系を組むことができる。低圧配電方式は将来
的に見ても極めて有望な方式であるので、本発明によ
り、この方式にさらに、重ね放電方式の有利性をも加味
することができ、燃料への着火性の向上や燃費の削減効
果が得られることは、この種の分野の発展にとっても極
めて望ましいことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低圧配電重ね放電式点火装置の一実施
例を示す回路図である。

【図２】図１に示される回路の動作を説明するため、要
部波形を示す説明図である。

【図３】本発明の第二の実施例の回路図である。

【図４】本発明に用いるフォトカプラの光スイッチング
素子に対し、印加され得る両端電圧を低下させるための
改良を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 点火プラグ， ２ 点火コイル， ４ 制御回路， ５ 一次電流遮断用トランジスタ， ６ 車両搭載のバッテリ， ８ フォトカプラ中の光スイッチング素子， ９ フォトカプラ中の発光素子， １０ 発振駆動回路， １１ 昇圧トランス， １２ 昇圧トランス一次電流チョッパリング用スイッチ
ング素子， １３ 整流ダイオード， １４ 平滑コンデンサ， １５ フォトカプラ中の発光素子駆動回路， Ｃｓ 光スイッチング素子に並列に接続されるコンデン
サ．

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒の内燃機関用であり、各気筒用
   の各点火プラグにそれぞれ専用の点火コイルを用いる低
   圧配電式点火装置であって；各点火コイルの二次側を、
   フォトカプラの光スイッチング素子を直列に介して単一
   の昇圧回路の高圧出力に接続すると共に；上記内燃機関
   の回転に同期して各気筒の点火タイミングに応じ、上記
   複数の点火コイルの一次電流を順次選択的に遮断する制
   御回路は、該一次電流を遮断させるべき点火コイルの二
   次側に直列に入っている上記フォトカプラの発光素子を
   も該点火タイミングに合わせて駆動、発光させ、該フォ
   トカプラ中の上記光スイッチング素子をオンとして、該
   一次電流遮断に伴う該点火コイルの二次側高圧出力に上
   記昇圧回路の高圧出力を重畳させること；を特徴とする
   内燃機関用の低圧配電重ね放電式点火装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の点火装置であって；上記
   複数気筒の中、一方が点火を要するときに他方は排気工
   程に入っている関係にある一対の気筒用の一対の点火コ
   イルの二次側は、共通のフォトカプラを介して昇圧回路
   の高圧出力に接続するようにしたこと；を特徴とする点
   火装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の点火装置であっ
   て；上記各フォトカプラの各光スイッチング素子には、
   並列にコンデンサを接続したこと；を特徴とする点火装
   置。