JP4296856B2 - 内燃機関用点火ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼状態を判定するために、点火プラグの電極間を通してイオン電流を流す手段と該イオン電流を検出する手段とを備えた内燃機関用点火ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の排気ガスの浄化や、燃費の向上などを図るために、機関の点火時期の制御を高精度に行うことが必要とされるようになっており、それに伴って、機関の点火時の燃焼状態に関する情報を制御条件として用いることが行われるようになっている。
【０００３】
そのため、機関の点火時に点火プラグの電極間に電圧を印加することにより該電極間を通してイオン電流を流して、そのイオン電流の通電状態から、燃焼状態（失火状態を含む）を判別することが行われている。
【０００４】
このように、内燃機関の点火時に点火プラグの電極間を通してイオン電流を流して、その通電状態から機関の燃焼状態に関する情報を得るため、特許文献１に示されているように、点火プラグの電極間に直流電圧を印加する電源と、点火プラグの電極間を通して流れたイオン電流を検出する回路とを備えたイオン電流通電検出回路を内燃機関用点火装置に組み込むことが行われている。
【０００５】
図３は、特許文献１に示された点火装置の構成を示したもので、同図において１は点火コイル、２は内燃機関用点火ユニット、３は点火コイルに一次電流を流すためのエネルギを供給する点火電源、４は内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグであり、点火コイル１、点火ユニット２、点火電源３及び点火プラグ４とにより内燃機関用点火装置が構成されている。
【０００６】
点火ユニット２は、点火コイルの一次コイルＷ１の両端が接続される１対の点火コイル接続端子２ａ，２ｂと、点火電源３が接続される電源端子２ｃ，２ｄと、内燃機関のフレームの接地電位部に接続される外部接地端子２ｅと、アース回路ｅ1を有する回路基板に実装されてアース点が該基板のアース回路に接続された一次電流制御回路２０１とを備えている。
【０００７】
一次電流制御回路２０１は、点火コイルの二次コイルＷ２に点火用の高電圧を誘起させるために該点火コイルの一次電流を制御する回路で、点火コイル接続端子２ｂと回路基板のアース回路ｅ1との間に設けられて点火コイルの一次コイルＷ１に直列に接続された一次電流制御用スイッチ２０１Ａと、内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオン状態にし、点火時期に該スイッチ２０１Ａをオフ状態にするスイッチ制御回路２０１Ｂとからなっている。
【０００８】
電源端子２ｃ，２ｄのうち、点火電源の正極側端子が接続される一方の電源端子２ｃはユニット内で一方の点火コイル接続端子２ａに接続され、他方の電源端子２ｄは回路基板のアース回路ｅ1に接続されている。従って、点火電源３の出力電圧は、点火コイルの一次コイルＷ１と一次電流制御用スイッチ２０１Ａとの直列回路の両端に印加されている。
【０００９】
点火コイル１の二次コイルＷ２の一端は一次コイルＷ１の一端に接続され、二次コイルＷ２の他端は、カソードを該二次コイル側に向けたダイオードＤ１と高圧コード５とを通して点火プラグ４の非接地側端子に接続されている。点火プラグ４の接地側端子は内燃機関側の接地電位部（機関のケース）ｅ2に接続されている。
【００１０】
外部接地端子２ｅは、ユニット２内で回路基板のアース回路ｅ1に接続されるとともに、アース線６を通して内燃機関側の接地回路ｅ2に接続され、これにより、回路基板のアース回路ｅ1と内燃機関側の接地電位部ｅ2とが同電位に保たれている。
【００１１】
点火プラグ４の電極間を通してイオン電流ｉを流すため、イオン電流通電用直流電源７が設けられている。この直流電源７の負極端子はカソードを該直流電源の負極端子側に向けたダイオードＤ２と、点火ユニット２の外部に設けられた配線９とを通して点火プラグ４の非接地側端子に接続され、電源７の正極端子は、電流制限素子としての抵抗器Ｒ１を通して内燃機関側の接地電位部ｅ2に接続されている。
【００１２】
この例では、直流電源７と、ダイオードＤ２と、抵抗器Ｒ１とにより、イオン電流通電検出回路８が構成され、抵抗器Ｒ１の非接地側の端子から検出端子２ｆが導出されている。ダイオードＤ１は、点火電源３から点火コイルの二次コイルＷ２を通してイオン電流通電検出回路８に電流が流れ込んでイオン電流の検出値に誤差が生じるのを防ぐために設けられている。
【００１３】
図３に示した点火装置においては、内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで一次電流制御用スイッチ２０１Ａを構成するトランジスタＴＲ１がオン状態にされる。これにより点火電源３から点火コイルの一次コイルＷ１と一次電流制御用スイッチ２０１Ａとを通して一次電流Ｉ1が流れる。内燃機関の点火時期が検出されると、スイッチ制御回路２０１Ｂが一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオフ状態にするため、点火コイルを流れていた一次電流が遮断される。これにより点火コイルの二次コイルＷ２に点火用高電圧が誘起し、該点火用高電圧が点火プラグ４に印加されるため、点火プラグ４で火花放電が生じて機関が点火される。このとき点火コイルの二次電流Ｉ2は、二次コイルＷ２−点火電源３−回路基板のアース回路ｅ1−内燃機関側接地電位部ｅ2−点火プラグ４−二次コイルＷ２の経路で流れる。
【００１４】
点火プラグ４で火花放電が生じると、該点火プラグの電極間に存在する混合気がイオン化されるため、直流電源７−抵抗器Ｒ１−内燃機関側接地電位部ｅ2−点火プラグ４の電極間−ダイオードＤ２−直流電源７の経路でイオン電流ｉが流れ、抵抗器Ｒ１の両端にこのイオン電流に相応した大きさの電圧降下が現れる。この電圧降下が検出端子２ｆからイオン電流検出信号Ｓｉとして取り出される。
【特許文献１】
特開平５−２６０８９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
通常内燃機関用の点火装置においては、回路基板のアース回路ｅ1と内燃機関側の接地電位部ｅ2とが同電位になるように接続されている。そのため、特許文献１にも示されているように、イオン電流通電検出回路８は、点火プラグ４の非接地側端子と内燃機関側接地電位部ｅ2との間に接続する必要があり、イオン電流通電検出回路８を、点火ユニット２の外部で配線９を通してと点火プラグ４の非接地側端子につながる回路に接続する必要があった。
【００１６】
また点火時に点火電源３から点火コイルの二次コイルＷ２を通して点火プラグ４にイオン電流が流れないようにするために、イオン電流通電検出回路８と点火コイルの二次コイルＷ２との間にダイオードＤ１を接続する必要があった。
【００１７】
このように、従来の点火装置では、イオン電流の通電と検出とを行う回路の配線を点火ユニット内のみで完結させることができず、また点火電源３から点火コイルの二次コイルｗ２を通してイオン電流通電検出回路８に電流が流れるのを防ぐためにダイオードＤ１を点火ユニットの外部で点火コイルの二次コイルに接続する必要があったため、点火装置を機関に取り付ける際の配線が複雑になるという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、イオン電流の通電と検出とを行う回路の配線をユニット内で完結させるようにして、機関に点火装置を取り付ける際の配線を簡単にすることができるようにした内燃機関用点火ユニットを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、点火コイルの一次コイルの両端が接続される１対の点火コイル接続端子と、点火コイルに一次電流を流すためのエネルギを供給する点火電源が接続される電源端子と、内燃機関側の接地電位部に接続される外部接地端子と、点火コイルの一次電流を制御して点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を誘起させるためにアース回路を有する回路基板に実装されてアース点がアース回路に接続された一次電流制御回路とを備えた内燃機関用点火ユニットを対象とする。
【００２０】
本発明においては、内燃機関の点火時に流れる点火コイルの二次電流に対して順方向の二次電流通電用ダイオードが回路基板に実装されて、外部接地端子が二次電流通電用ダイオードを通して回路基板のアース回路に接続される。
【００２１】
また点火コイルの二次コイルに接続される点火プラグを通してイオン電流を流すために該点火プラグに直流電圧を印加するイオン電流通電用直流電源が設けられて、該イオン電流通電用直流電源の出力がイオン電流に対して順方向のイオン電流通電用ダイオードと電流制限素子とを通して外部接地端子と回路基板のアース回路との間に印加されている。イオン電流通電用ダイオード及び電流制限素子は、一次電流制御回路とともに回路基板に実装され、イオン電流が流れたときに電流制限素子の両端に生じる電圧降下をイオン電流検出信号として取り出すための検出端子が回路基板から導出されている。
【００２２】
上記のように構成すると、イオン電流の通電と検出とを行う回路の配線が点火ユニット内で完結するため、点火装置を機関に取り付ける際の配線を簡単にすることができ、機関の組立に要するコストを削減することができる。
【００２３】
上記一次電流制御回路は、１対の点火コイル接続端子の一方とアース回路との間に設けられて点火コイルの一次コイルに対して直列に接続された一次電流制御用スイッチと、内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで一次電流制御用スイッチをオン状態にし、点火時期に一次電流制御用スイッチをオフ状態にするように一次電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを備えた電流遮断形の回路からなっていてもよく、点火コイルの一次側に設けられて点火電源の出力により充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に放電用スイッチに点火信号を与える点火時期制御手段とを備えたコンデンサ放電形の回路からなっていてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、電流遮断形の点火ユニットを用いた図３の点火装置と同様の点火装置に本発明を適用した実施形態の構成を示したもので、図１において、図３に示した点火装置の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付してある。
【００２５】
図１において、１は点火コイル、２は点火コイル１の二次コイルに点火用高電圧を誘起させるために、該点火コイルの一次電流を制御する内燃機関用点火ユニット、３は点火コイルに一次電流を流すためのエネルギを供給する点火電源、４は内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグである。
【００２６】
点火ユニット２は、点火コイルの一次コイルＷ１の両端が接続される１対の点火コイル接続端子２ａ，２ｂと、点火電源３が接続される電源端子２ｃ，２ｄと、内燃機関のフレームの接地電位部に接続される外部接地端子２ｅと、アース回路ｅ1を有する回路基板に実装されてアース点が該基板のアース回路に接続された一次電流制御回路２０１とを備えており、一次電流制御回路２０１は、点火コイル接続端子２ｂと回路基板のアース回路ｅ1との間に設けられて点火コイルの一次コイルＷ１に直列に接続された一次電流制御用スイッチ２０１Ａと、内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオン状態にし、点火時期に該スイッチ２０１Ａをオフ状態にするスイッチ制御回路２０１Ｂとからなっている。
【００２７】
電源端子２ｃ，２ｄのうち、点火電源の正極側端子が接続される一方の電源端子２ｃはユニット内で一方の点火コイル接続端子２ａに接続され、他方の電源端子２ｄは回路基板のアース回路ｅ1に接続されている。また外部接地端子２ｅは、アース線６を通して内燃機関側の接地電位部ｅ2に接続されている。
【００２８】
図１に示した点火装置においては、図３の点火装置において設けられていたダイオードＤ１が省略され、点火コイルＷ２の他端は、高圧コード５を通して点火プラグ４の非接地側端子に接続されている。
【００２９】
図１に示した点火装置ではまた、内燃機関の点火時に流れる点火コイルの二次電流Ｉ2に対して順方向の二次電流通電用ダイオードＤ３が点火ユニット２内に設けられて、該ダイオードＤ３が点火ユニットの回路基板に実装され、外部接地端子２ｅが二次電流通電用ダイオードＤ３を通して回路基板のアース回路ｅ1に接続されている。
【００３０】
内燃機関の点火時に点火プラグ４を通してイオン電流ｉを流すために該点火プラグに直流電圧を印加するイオン電流通電用直流電源７は、図３に示した点火装置とは逆向きに設けられ、該イオン電流通電用直流電源７の出力が、イオン電流ｉに対して順方向のイオン電流通電用ダイオードＤ２と電流制限素子Ｒ１とを通して外部接地端子２ｅと回路基板のアース回路ｅ1との間に印加されている。
【００３１】
図示の例では、イオン電流通電用直流電源７の正極端子がアノードを該電源７の正極端子側に向けたイオン電流通電用ダイオードＤ２を通して外部接地端子２ｅに接続され、イオン電流通電用直流電源７の負極端子が電流制限素子としての抵抗器Ｒ１を通して回路基板のアース回路ｅ1に接続されている。外部接地端子２ｅはアース線６を通して内燃機関側の接地電位部ｅ2に接続されている。
【００３２】
イオン電流通電用ダイオードＤ２及び抵抗器Ｒ１は一次電流制御回路２０１を構成する電子部品とともに回路基板に実装され、イオン電流が流れたときに抵抗器Ｒ１の両端に生じる電圧降下をイオン電流検出信号として取り出すための検出端子２ｆが直流電源７と抵抗器Ｒ１との接続点から外部に導出されている。
【００３３】
図示の例では、イオン電流通電用直流電源７と、イオン電流通電用ダイオードＤ２と、抵抗器（電流制限素子）Ｒ１とにより、イオン電流通電検出回路８が構成されている。その他の点は図３に示した従来の内燃機関用点火装置と同様に構成されている。
【００３４】
図１に示した点火装置においても、内燃機関の点火時期より前のタイミングで一次電流制御用スイッチ２０１Ａを構成するトランジスタＴＲ１がオン状態にされる。これにより点火電源３から点火コイルの一次コイルＷ１と一次電流制御用スイッチ２０１Ａとを通して一次電流Ｉ1が流れる。内燃機関の点火時期が検出されると、スイッチ制御回路２０１Ｂが一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオフ状態にするため、点火コイル１を流れていた一次電流が遮断され、点火コイルの二次コイルＷ２に点火用高電圧が誘起する。この点火用高電圧は点火プラグ４に印加されるため、点火プラグ４で火花放電が生じて機関が点火される。このとき点火コイルの二次電流Ｉ2は、二次コイルＷ２−点火電源３−回路基板のアース回路ｅ1−ダイオードＤ３−内燃機関側接地電位部ｅ2−点火プラグ４−二次コイルＷ２の経路で流れる。
【００３５】
点火プラグ４で火花放電が生じると、該点火プラグの電極間に存在する混合気がイオン化されるため、直流電源７−ダイオードＤ２−内燃機関側接地電位部ｅ2−点火プラグ４の電極間−点火コイルの二次コイルＷ２−直流電源７−回路基板のアース回路ｅ1の経路でイオン電流ｉが流れ、抵抗器Ｒ１の両端にこのイオン電流に相応した大きさの電圧降下が現れる。この電圧降下が検出端子２ｆからイオン電流検出信号Ｓｉとして取り出される。
【００３６】
図１に示した点火装置では、一次電流制御回路２０１が、１対の点火コイル接続端子の一方２ｂとアース回路との間に設けられて点火コイルの一次コイルに対して直列に接続された一次電流制御用スイッチ２０１Ａと、内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオン状態にし、点火時期に一次電流制御用スイッチ２０１Ａをオフ状態にするように一次電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路２０１Ｂとを備えた電流遮断形の回路からなっているが、この一次電流制御回路としてコンデンサ放電形の回路を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【００３７】
一般にコンデンサ放電形の一次電流制御回路は、点火コイルの一次側に設けられて点火電源の出力により充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に放電用スイッチに点火信号を与える点火時期制御手段とにより構成される。
【００３８】
図２は、コンデンサ放電形の一次電流制御回路を用いた点火装置に本発明を適用した例を示したもので、この例では、電源端子２ｃにダイオードＤｉのアノードが接続され、ダイオードＤｉのカソードと電源端子２ｄとの間に点火用コンデンサＣｉが接続されている。ダイオードＤｉと点火用コンデンサＣｉとの接続点と点火コイル接続端子２ａとの間に、アノードを点火用コンデンサＣｉ側に向けたサイリスタＴｈが接続され、点火時期制御手段２０２からサイリスタＴｈのゲートに点火信号Ｖｉが与えられるようになっている。点火コイル接続端子２ｂは電源端子２ｄとともに回路基板のアース回路ｅ1に接続され、回路基板のアース回路と外部接地端子２ｅとの間にカソードを外部接地端子側に向けた二次電流通電用ダイオードＤ３が接続されている。この例では、サイリスタＴｈにより放電用スイッチが構成されている。
【００３９】
イオン電流通電検出回路８は図１に示した例と同様に構成されて、外部接地端子２ｅと回路基板のアース回路ｅ1との間に接続されている。
【００４０】
図２に示した点火装置においては、点火電源３として、内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルＬｅが用いられ、該エキサイタコイルＬｅの正の半波の出力電圧でダイオードＤｉを通して点火用コンデンサＣｉが図示の極性に充電される。内燃機関の点火時期に点火時期制御回路２０２がサイリスタＴｈのゲートに点火信号を与えると、サイリスタＴｈがオン状態になって、点火用コンデンサＣｉに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルＷ１を通して放電させる。これにより点火コイルの二次コイルＷ２に点火用高電圧が誘起して点火プラグ４で火花放電が生じ、二次コイルＷ２−ダイオードＤ３−点火プラグ４−点火コイルＷ２の経路で二次電流Ｉ2が流れる。このとき直流電源７−ダイオードＤ２−点火プラグ４−二次コイルＷ２−回路基板のアース回路ｅ1−抵抗器Ｒ１−直流電源７の経路でイオン電流が流れ、検出端子２ｆと回路基板のアース回路ｅ1との間（抵抗器Ｒ１の両端）にイオン電流検出信号Ｓｉが得られる。
【００４１】
図１及び図２に示した実施形態においては、イオン電流通電用直流電源７を点火ユニット２内に設けているが、この直流電源７は点火ユニットの外部に設けてもよい。また直流電源７はバッテリでもよく、点火電源３の出力などにより電源コンデンサを一方の極性に充電して、該コンデンサの両端に直流電圧を発生させる電源回路からなっていてもよい。
【００４２】
図１及び図２に示した実施形態では、回路基板から引き出した検出端子２ｆを点火ユニットの外部に導出しているが、イオン電流検出信号Ｓｉを点火ユニット内で点火時期の制御の目的のためのみに用いる場合には、検出端子２ｆを外部に導出する必要はない。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、イオン電流の通電と検出とを行うイオン電流通電検出回路の配線を点火ユニット内で完結させることができるため、点火装置を内燃機関に取り付ける際の配線を簡単にすることができ、機関の組立に要するコストを削減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の点火ユニットを用いた点火装置の回路構成を示した回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態の点火ユニットを用いた点火装置の回路構成を示した回路図である。
【図３】従来の点火ユニットを用いた内燃機関用点火装置の回路構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１ 点火コイル
２ 内燃機関用点火ユニット
２ａ，２ｂ 点火コイル接続端子
２ｃ，２ｄ 点火電源接続端子
２ｅ 外部接続端子
２ｆ 検出端子
２０１ 一次電流制御回路
２０１Ａ 一次電流制御用スイッチ
２０１Ｂ スイッチ制御回路
２０２ 点火時期制御手段
３ 点火電源
４ 点火プラグ

Claims (3)

1. 点火コイルの一次コイルの両端が接続される１対の点火コイル接続端子と、前記点火コイルに一次電流を流すためのエネルギを供給する点火電源が接続される電源端子と、内燃機関側の接地電位部に接続される外部接地端子と、前記点火コイルの一次電流を制御して前記点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を誘起させるためにアース回路を有する回路基板に実装されてアース点が前記アース回路に接続された一次電流制御回路とを備えた内燃機関用点火ユニットにおいて、
   前記内燃機関の点火時に流れる前記点火コイルの二次電流に対して順方向の二次電流通電用ダイオードが前記回路基板に実装されて、前記外部接地端子が前記二次電流通電用ダイオードを通して前記回路基板のアース回路に接続され、
   前記点火コイルの二次コイルに接続される点火プラグを通してイオン電流を流すために該点火プラグに直流電圧を印加するイオン電流通電用直流電源が設けられて、該イオン電流通電用直流電源の出力が前記イオン電流に対して順方向のイオン電流通電用ダイオードと電流制限素子とを通して前記外部接地端子と前記アース回路との間に印加され、
   前記イオン電流通電用ダイオード及び電流制限素子は前記一次電流制御回路とともに前記回路基板に実装され、前記イオン電流が流れたときに前記電流制限素子の両端に生じる電圧降下をイオン電流検出信号として取り出すための検出端子が前記回路基板から導出されていること、
   を特徴とする内燃機関用点火ユニット。
2. 前記一次電流制御回路は、前記１対の点火コイル接続端子の一方と前記アース回路との間に設けられて前記点火コイルの一次コイルに対して直列に接続された一次電流制御用スイッチと、前記内燃機関の点火時期よりも前のタイミングで前記一次電流制御用スイッチをオン状態にし、前記点火時期に前記一次電流制御用スイッチをオフ状態にするように前記一次電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを備えた電流遮断形の回路からなっている請求項１に記載の内燃機関用点火ユニット。
3. 前記一次電流制御回路は、前記点火コイルの一次側に設けられて前記点火電源の出力により充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、前記内燃機関の点火時期に前記放電用スイッチに点火信号を与える点火時期制御手段とを備えたコンデンサ放電形の回路からなっている請求項１に記載の内燃機関用点火ユニット。

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