JP3533313B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

内燃機関用点火装置

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JP3533313B2
JP3533313B2 JP17049797A JP17049797A JP3533313B2 JP 3533313 B2 JP3533313 B2 JP 3533313B2 JP 17049797 A JP17049797 A JP 17049797A JP 17049797 A JP17049797 A JP 17049797A JP 3533313 B2 JP3533313 B2 JP 3533313B2
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太加志 伊藤
克明 深津
良一 小林
祐一 鹿志村
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Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00Other installations
    • F02P3/02Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04Layout of circuits
    • F02P3/05Layout of circuits for control of the magnitude of the current in the ignition coil
    • F02P3/051Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】内燃機関用点火装置の構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来一次電流通電時に二次低圧側に発生
する誘導電圧を抑制する手段としては特開昭55−66659
号公報のように二次コイル高圧側に高圧ダイオードを接
続する方法と特公平6−94864号のように点火コイルの二
次低圧側に一次電流通電時に二次低圧側に発生する誘導
電圧より高い逆方向電圧で導通するツェナーダイオード
を備えて構成したものがあるが、いずれにしてもダイオ
ードのブレークダウン電圧が一次電流通電時に二次低圧
側に発生する誘導電圧より高いダイオードが用いられて
おり、耐圧の高い素子を用いることで達成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術は、ダ
イオードのブレークダウン電圧が一次電流通電時に二次
低圧側に発生する誘導電圧より高いダイオードを用いて
いるため、素子耐圧の高いダイオードが必要であった。
素子耐圧の高いダイオードは高価であり更に体積も大き
くなるためコスト及びスペース的に不利である。本発明
が解決しようとする課題は、一次電流通電時に二次側に
発生する誘導電圧による点火プラグの誤着火を阻止する
ことができ、且つコスト及びスペース的に有利な点火装
置を供給することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、内燃機関用
電子制御装置(以下ECU)から出力される点火制御信
号に応じてスイッチング素子をON・OFFして点火コ
イルに流れる一次電流を通電,遮断制御することにより
前記点火コイルの二次側に高電圧を発生させる内燃機関
用点火装置において、一次コイル両端の電圧変化と点火
コイルの巻き数比との積で定義される一次電流の通電時
に発生する誘導電圧を阻止するため、アースに接続され
た前記点火コイルの二次低圧側に前記誘導電圧に対して
逆方向に接続され、その電圧より低い電圧で導通するツ
ェナーダイオードを備えて構成したことにより達成され
る。
【0005】
【発明の実施の形態】まず、上記本実施例の構成による
作用を説明する。
【0006】本実施例の構成は点火コイルの二次低圧側
に一次電流通電時に二次低圧側に発生する誘導電圧より
低い逆方向電圧で導通し、且つ点火プラグに誤着火が発
生するのを阻止するのに必要十分なツェナー電圧のツェ
ナーダイオードを設けており、一次電流通電時に誘導電
圧が発生しても点火火花の発生が阻止される。プラグギ
ャップ間放電電圧はパッシェンの理論から約300V以
上、また自動車用内燃機関の通例で1kV以上程度であ
るため、この電圧を目標にツェナー電圧を設定して誤着
火を阻止する。
【0007】本実施例においてツェナーダイオードは二
次低圧側にあるため、一次電流通電時の誘導電圧に対し
ては二次低圧側はツェナー電圧分オフセットがかかり、
点火コイル二次側の逆方向電圧がツェナーダイオードと
点火プラグの放電ギャップとに分かれ、点火プラグに発
生する電圧を小さく抑えることができる。また一次電流
遮断時の点火には、ツェナーダイオードが二次低圧側に
あることで、点火コイルの二次側容量を通して点火プラ
グにスパークする容量放電電流の影響を受けることがな
く、高電圧下にさらされることがない。
【0008】図1に、逆電圧防止ダイオードを持たない
点火システムの構成例を示す。1はバッテリー、2はE
CU、3は点火コイル、4は点火プラグ、5はパワート
ランジスタを示す。ECU2の出力段から適正な点火タ
イミングでパワートランジスタ5のベースにHIGH,
LOWのパルスを出力し、これによってパワートランジ
スタ5が通電,遮断され点火コイル3の二次側に高電圧
を発生する。点火コイル3の一次巻線6の一端はバッテ
リーのプラス電極に接続されており、もう一端はパワー
トランジスタ5のコレクタに接続され、二次巻線7の高
圧側の一端は点火プラグ4の一端に接続され、もう一端
はアース或いはバッテリーのプラス電極に接続されてい
る。
【0009】図2に、図1の点火システムの動作波形を
示す。8はECUから出力される点火信号、9は点火コ
イル3の一次側を流れる一次電流、10は点火コイル3
の二次側に発生し点火プラグ4に印加される二次電圧で
ある。ECU2で計算された適正な通電タイミングaに
よって点火信号8がHIGHになり、これに同期して一
次電流9が一次巻線6のインダクタンスと抵抗の時定数
分の遅れを持って流れ始め、適正な点火タイミングbで
点火信号がLOWになり、一次電流が遮断され点火コイ
ル3の高圧端に高電圧を発生する。点火に必要な火花放
電はこの電流遮断時bのマイナス二次電圧であるが、通
電時aにも二次巻線7の高圧側には1000〜2000V程
度のプラス逆誘導電圧が誘起される。
【0010】図3に、点火コイルの高圧側に逆電圧防止
ダイオードを埋設した点火コイルの構成例を示す。点火
コイル11には一次コイル12と二次コイル13が鉄心
を介して磁気的に結合されており、二次コイル13の高
圧側の一端は高圧ダイオード15を介して点火プラグ1
4の一端に接続され、もう一端はアース或いはバッテリ
ーのプラス電極に接続されている。本構成では、点火コ
イル11の二次側高圧のダイオード15によって逆電圧
はブロックされているため、点火プラグ14には一次電
流通電時の誘導電圧を数10V程度に抑えることができ
るが、前記ダイオード15は常に点火時のブレークオー
バー電圧,アーク電圧、及び一次電流通電時の誘導電圧
高電圧にさらされており、また点火コイル二次側容量に
よる容量放電電流が流れているいるため素子にとっては
非常に厳しい環境にある。
【0011】図4に、本発明の一実施例としての点火シ
ステム構成例を示す。16はバッテリー、17はEC
U、18は点火コイル、19は点火プラグ、20はパワ
ートランジスタを示す。点火コイル18の一次巻線21
の一端はバッテリーのプラス電極に接続されており、も
う一端はパワートランジスタ20のコレクタに接続さ
れ、二次巻線22の高圧側の一端は点火プラグ19の一
端に接続される。23はツェナーダイオードであり、そ
のアノードは二次巻線22の低圧側の一端に接続され、
カソードはアース或いは一次巻線21の一端(バッテリ
ーのプラス電極)に接続されている。前記ツェナーダイ
オード23のツェナー電圧は一次電流通電時に発生する
誘導電圧より少々低い値となっていることが本発明の特
徴である。
【0012】図5に、前記ツェナーダイオードのツェナ
ー電圧による発生誘導電圧の違いの一例を示す。24は
ECUから出力される点火信号、25は一次電流、26
は点火コイルの二次低圧側をアースに接地した状態の二
次電圧波形、27は点火コイルの二次低圧側にツェナー
電圧が400Vのツェナーダイオードを接続した場合の
二次電圧波形、28は点火コイルの二次低圧側にツェナ
ー電圧が800Vのツェナーダイオードを接続した場合
の二次電圧波形、29は点火コイルの二次低圧側にツェ
ナー電圧が2000Vのツェナーダイオードを接続した
場合の二次電圧波形の例である。発生誘導電圧値は点火
コイルの仕様によって異なるが、ツェナー電圧を選ぶこ
とによって、発生誘導電圧を増減でき、これによって素
子耐圧が発生誘導電圧より低いツェナーダイオードを使
用して点火プラグに発生する逆火花での誤着火を防止す
ることが可能となる。例えば、バッテリー電圧が14
V、コイルの巻き数比が100であったとすれば発生二
次電圧は1400Vとなる。パッシェンの理論や自動車
用内燃機関の通例により点火電圧が1000V以上とす
れば、ツェナー電圧400V以上のものを選べば良い。
また、点火電圧が300V以上であるとすればツェナー電
圧1100V以上のものを選べば良い。
【0013】以上の構成において、本実施例における利
点を説明する。
【0014】(a)容量放電電流の影響を受けない。
【0015】前記点火コイルの高圧側に高圧ダイオード
を埋設した場合、高圧ダイオードは容量放電電流による
負荷及び発熱の影響を受けるが、本実施例のツェナーダ
イオード23はほとんど影響を受けない。
【0016】(b)ダイオードが高圧にさらされない。
【0017】前記点火コイルの高圧側に高圧ダイオード
を埋設した場合、高圧ダイオードは常にブレークオーバ
ー電圧,アーク電圧、及び一次電流通電時の誘導電圧が
かかっている。ところが、本発明のツェナーダイオード
には一次電流通電時の誘導電圧のみしかかかっていない
ため劣化に対して有利である。
【0018】(c)低圧ツェナーダイオードによる素子
サイズ低減 前記点火コイルの高圧側に高圧ダイオードを埋設した場
合、一次電流通電時の誘導電圧を防止するのに点火プラ
グオープン電圧にも耐えうる高圧ダイオードでないと即
座に壊れてしまうが、本発明のように点火コイルの低圧
側にツェナーダイオードを接続した場合には、ツェナー
電圧を越えると導通するため特に高圧ダイオードは必要
ない。さらに、一次電流通電時の誘導電圧による点火プ
ラグの誤着火を防止することを目的とした場合、この誘
導電圧より低いツェナー電圧でも適切なツェナー電圧値
に設定することで点火プラグの誤着火を防止することが
できる。これによって耐圧のそれほど高くない素子を使
用することができ、コスト及びスペース的に有利な点火
装置を供給することが可能となる。
【0019】本発明の点火コイル二次低圧側ツェナーダ
イオードは点火コイルの内部への埋設、或いは点火装置
内への実装とどちらでも可能である。
【0020】本発明は特に1点火プラグ、1点火コイル
の気筒別独立点火方式において有効であり、2気筒以上
のエンジンで点火装置を各点火コイル毎に埋設しない分
離型点火装置の場合、全ての点火コイルの二次巻線低圧
側を共通に接続してこれを前記ツェナーダイオード介し
てアース或いは一次コイルの一端(バッテリーのプラス
電極)に接続することで部品点数削減ができコスト低減
につながることを特徴とする。
【0021】
【発明の効果】以上に述べた本発明によると、一次電流
通電時に発生する誘導電圧レベルを電圧阻止ダイオード
を持たない場合より小さくすることが可能であり、この
誘導電圧によって発生する点火プラグの誤着火を阻止で
き、且つ低圧ツェナーダイオードを用いることによりコ
スト及びスペース的に有利な点火装置を供給することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】逆電圧防止ダイオードなし点火システムの構成
例。
【図2】逆電圧防止ダイオードなし点火システムの動作
波形例。
【図3】高圧ダイオード内蔵点火コイルの構成例。
【図4】本発明の点火システムの構成例。
【図5】本発明の点火システムの動作波形例。
【符号の説明】
1,16…バッテリー、2,17…ECU、3,18…
点火コイル、4,14,19…点火プラグ、5,20…
パワートランジスタ、6,21…一次巻線、7,22…
二次巻線、8,24…点火信号波形、9,25…一次電
流波形、10,26,27,28,29…二次電圧波
形、18…高圧ダイオード、23…ツェナーダイオー
ド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 良一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 鹿志村 祐一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平10−176647(JP,A) 特開 平7−217519(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02P 15/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関用電子制御装置(以下ECU)か
    ら出力される点火制御信号に応じてスイッチング素子を
    ON・OFFして点火コイルに流れる一次電流を通電,
    遮断制御することにより前記点火コイルの二次側に高電
    圧を発生させる内燃機関用点火装置において、 一次コイル両端の電圧変化と点火コイルの巻き数比との
    積で定義される一次電流の通電時に発生する誘導電圧を
    阻止するため、アースに接続された前記点火コイルの二
    次低圧側に前記誘導電圧に対して逆方向に接続され、そ
    の電圧より低い電圧で導通するツェナーダイオードを備
    えて構成したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、ツェナーダイオードの
    ツェナー電圧を一次電流の通電時に発生する誘導電圧よ
    り低い電圧で、且つ点火プラグに誤着火が発生しないレ
    ベルに設定したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、ツェナーダイオードの
    ツェナー電圧を点火コイルの巻き数比によって、300
    〜1000Vに設定したことを特徴とする内燃機関用点
    火装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記レベルはパッシェ
    ンの理論に基づいた値であることを特徴とする内燃機関
    用点火装置。
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