JP4440490B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、特開平３−１５６５９号公報に開示される多重放電型点火装置があり、同装置では、通常の点火コイルの他に、放電エネルギを蓄えるためのエネルギ蓄積コイルやコンデンサを設け、放電期間においてエネルギ蓄積コイルと点火コイルのエネルギを交互に用いることにより多重放電を可能にしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術において、エネルギ蓄積コイルやコンデンサ等からなるエネルギ充電系で故障が発生すると、エネルギ蓄積コイルやコンデンサに蓄えられたエネルギが点火エネルギとして使用できなくなる。従って、十分な点火エネルギが確保できず、点火動作に支障を来すおそれがあった。特に、バッテリ電圧の低下時などには点火エネルギが放電破壊電圧に至らず、点火できない事態も考えられる。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、エネルギ充電系の故障時における点火を確実に行わせることができる内燃機関用点火装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、点火時期直後の放電期間において第１及び第２のスイッチング素子が交互にオン／オフされ、それに伴い多重放電が行われる。つまり、第１及び第２のスイッチング素子が交互にオン（導通）されると、エネルギ蓄積コイル及び点火コイルに各々蓄えられたエネルギが放電エネルギとして交互に放出され、これらの放電により点火プラグに点火火花が発生して点火が行われる。これは、エネルギ充電系が正常である場合の多重点火動作である。
【０００６】
これに対し、例えばエネルギ蓄積コイルや第１のスイッチング素子が故障するなどしてエネルギ充電系の故障が発生した際には、点火コイルの１次側コイルに前記直流電源が直結されると共に、第２のスイッチング素子が高速でオン／オフされる。そして更にその後、所定の点火信号による点火が行われる。この場合、点火直前に第２のスイッチング素子を高速でオン／オフさせることにより、点火プラグの電極部にコロナ放電が発生する。一般に、コロナ放電が発生した直後には放電破壊電圧が低下することが知られており、放電破壊電圧の低下により放電破壊に至る確率が高められる。その結果、エネルギ充電系の故障時における点火を確実に行わせることができるようになる。
【０００７】
より具体的には、請求項２に記載したように、前記エネルギ充電系の故障時には、点火直前に、高周波のフェイルセーフ信号を前記第２のスイッチング素子に対して出力すると良い。この場合、フェイルセーフ信号の出力により、前述の通り点火プラグの電極部にコロナ放電が発生し、放電破壊電圧が低下する。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明では、エネルギ蓄積コイルをバイパスし、且つ直流電源と点火コイルの１次側コイルとを接続する第３のスイッチング素子が設けられ、前記エネルギ充電系の故障時には、第３のスイッチング素子がオフからオンに切り替えられる。この場合、第３のスイッチング素子をオンに切り替えることでエネルギ充電系の故障発生時にも直流電源からの給電が可能になる。
【０００９】
上記請求項３の発明では、請求項４に記載したように、前記エネルギ充電系の故障時には、前記第３のスイッチング素子を、前記第２のスイッチング素子と同様に動作させると良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施の形態における内燃機関用点火制御装置の電気的構成を示す。同制御装置は自動車に搭載されるものであって、ＤＬＩ（Ｄistributor Ｌess Ｉgnition ）方式の点火装置を備える。なお便宜上、図１には、１気筒分の構成を示すが、実際には内燃機関の気筒数分の構成が設けられている。
【００１１】
図１の点火装置１０において、直流電源であるバッテリ１１のプラス端子とグランド間には、エネルギ蓄積コイル１２とトランジスタ１３とが直列に接続されている。また、エネルギ蓄積コイル１２とトランジスタ１３との間のＡ点にはダイオード１４を介してコンデンサ１５が接続されている。トランジスタ１３はＥＣＵ３０からの信号ＳＧ１によりＯＮ／ＯＦＦし、トランジスタ１３のＯＮに伴う通電によりエネルギ蓄積コイル１２にエネルギが蓄えられる。コンデンサ１５は、エネルギ蓄積コイル１２に蓄えられたエネルギにより予め充電されている。なお、トランジスタ１３に流れる電流をｉ０とする。
【００１２】
また、ダイオード１４とコンデンサ１５との間のＢ点には、点火コイル１６の１次側コイル１６ａとトランジスタ１７とが直列に接続されている。トランジスタ１７のベースには、ＯＲゲート回路１８が接続されている。この場合、ＥＣＵ３０からの信号ＳＧ２がＯＲゲート回路１８を介してトランジスタ１７のベースに印加され、トランジスタ１７がＯＮ／ＯＦＦする。トランジスタ１７のＯＮ／ＯＦＦにより、コンデンサ１５や各コイル１２，１６に蓄積されたエネルギが順次放出され、１次側コイル１６ａに１次電流ｉ１が流れる。
【００１３】
また、バッテリ１１と点火コイル１６の１次側コイル１６ａとの間には、トランジスタ１９とダイオード２０とが直列に接続されている。トランジスタ１９はＥＣＵ３０からの信号ＳＧ３によりＯＮ／ＯＦＦし、トランジスタ１９のＯＮ時には１次側コイル１６ａにバッテリ１１が直結される。この信号ＳＧ３が「フェイルセーフ信号」に相当し、同信号ＳＧ３はＯＲゲート回路１８を介してトランジスタ１７に対しても出力される。また本実施の形態では、トランジスタ１３が「第１のスイッチング素子」に相当し、トランジスタ１７が「第２のスイッチング素子」に相当し、トランジスタ１９が「第３のスイッチング素子」に相当する。
【００１４】
点火コイル１６の２次側コイル１６ｂには、一端に点火プラグ２１が接続されている。１次側コイル１６ａの通電時にはそれに伴い２次側コイル１６ｂに２次電流ｉ２が流れる。
【００１５】
一方、ＥＣＵ３０は、各種センサからの信号を入力して内燃機関の状態（吸入空気量、回転数、冷却水温など）を検知すると共に、その時々の内燃機関状態に応じた最適な点火時期を決定する。ＥＣＵ３０には前述の各トランジスタ１３，１７，１９が接続され、ＥＣＵ３０は、各トランジスタ１３，１７，１９に対して駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ３をそれぞれ出力する。また、ＥＣＵ３０には、コンデンサ１５のハイサイドが接続されている。ＥＣＵ３０はコンデンサ１５の充電状態を監視し、その監視結果に基づいてエネルギ蓄積コイル１２、トランジスタ１３及びコンデンサ１５等よりなるエネルギ充電系の故障を判定するようになっている。
【００１６】
次に、このように構成した点火制御装置の作用を、図２及び図３のタイムチャートを用いて説明する。本実施の形態の装置では、点火時期直後の放電期間においてトランジスタ１３，１７を交互にＯＮ／ＯＦＦして多重放電を行わせることとしており、図２には、エネルギ充電系の正常時における多重点火動作を示す。また、図３には、エネルギ充電系の故障時におけるフェイルセーフ点火動作を示す。なお図２，図３には、駆動信号ＳＧ１〜ＳＧ３と、トランジスタ１３に流れる電流ｉ０と、点火コイル１６の１次電流ｉ１と、２次電流ｉ２と、２次側電圧Ｖ２とを示す。
【００１７】
さて図２において、ｔ１のタイミングでは、ＥＣＵ３０からトランジスタ１３にＨレベルの駆動信号ＳＧ１が出力される。同信号ＳＧ１によりトランジスタ１３がＯＮして電流ｉ０が徐々に大きくなり、エネルギ蓄積コイル１２にエネルギが蓄積される（ｔ１〜ｔ２の期間）。このｔ１〜ｔ２の期間は数ミリ秒程度であり、同期間のＨレベル信号がいわゆる点火信号に相当する。
【００１８】
一方、ｔ２〜ｔ５の放電期間では、トランジスタ１３，１７が交互にＯＮ／ＯＦＦされることにより点火プラグ２１の多重放電が行われる。すなわち、点火時期（点火信号の立ち下がり時期）であるｔ２のタイミングでは、駆動信号ＳＧ１＝Ｌ、駆動信号ＳＧ２＝Ｈの切り替えにより、トランジスタ１３がＯＦＦ、トランジスタ１７がＯＮに切り替えられる。これにより、コンデンサ１５の静電エネルギとエネルギ蓄積コイル１２に蓄積された磁気エネルギとが同時に点火コイル１６の１次側コイル１６ａに供給され、トランス作用で２次電流ｉ２が流れる。そして、点火プラグ２１での放電が開始される。またｔ２〜ｔ３の期間では、トランジスタ１７がＯＮ（ＳＧ２＝Ｈ）であるために点火コイル１６に磁気エネルギが蓄積される。
【００１９】
その後、ｔ３のタイミングでは、駆動信号ＳＧ１＝Ｈ、駆動信号ＳＧ２＝Ｌの切り替えにより、トランジスタ１３がＯＮ、トランジスタ１７がＯＦＦに切り替えられる。このとき、トランジスタ１７がＯＦＦされることで、点火コイル１６に蓄積された磁気エネルギが点火プラグ２１の放電エネルギとして放出される。またｔ３〜ｔ４の期間では、トランジスタ１３がＯＮであるためにエネルギ蓄積コイル１２に再び磁気エネルギが蓄積される。
【００２０】
更に、ｔ４のタイミングでは、再びトランジスタ１３がＯＦＦ、トランジスタ１７がＯＮに切り替えられる。これにより、エネルギ蓄積コイル１２に蓄積した磁気エネルギが点火プラグ２１の放電エネルギとして放出される。またこの際再び、点火コイル１６にエネルギが蓄積される。それ以降同様に、各トランジスタ１３，１７が交互にＯＮされ、エネルギ蓄積コイル１２及び点火コイル１６のエネルギが交互に使われて点火プラグ２１の放電が繰り返される。その結果、放電期間内（ｔ２〜ｔ５の期間内）において点火プラグ２１の火花放電が継続される。なお、図２に示すエネルギ充電系の正常時には、駆動信号ＳＧ３が全期間を通じてＬレベルに保持される。
【００２１】
一方、エネルギ蓄積コイル１２、トランジスタ１３、コンデンサ１５等の故障によるエネルギ充電系の故障時には、図３に示すように、駆動信号ＳＧ１及びＳＧ２が全期間を通じてＬレベルに保持される。そして、駆動信号ＳＧ１及びＳＧ２に代えて、駆動信号ＳＧ３が図示の形態で出力され、この信号ＳＧ３によりトランジスタ１７及び１９がＯＮ／ＯＦＦされる。
【００２２】
すなわち、図３中、ｔ１２〜ｔ１３は点火信号の出力期間に相当し、この期間では駆動信号ＳＧ３がＨレベルに保持される。また、ｔ１２〜ｔ１３での点火信号直前の所定期間（ｔ１１〜ｔ１２の期間）では、駆動信号ＳＧ３が十分に高い周波数（例えば、１０ｋＨｚ程度）で切り替えられる。これにより、ｔ１１〜ｔ１２の期間では、トランジスタ１７，１９が高速でＯＮ／ＯＦＦされる。この場合、トランジスタ１７，１９のＯＮ時間が短いため、点火コイル１６に蓄えられるエネルギは比較的小さい。故に、点火プラグ２１には放電破壊に至らないレベルの電圧が印加され、点火プラグ２１の電極部にコロナ放電が生じる。
【００２３】
その後、点火信号が出力されるｔ１２〜ｔ１３の期間では、トランジスタ１７，１９のＯＮ時間が十分長いため、点火コイル１６に十分なエネルギが蓄積される。そして、この点火信号の立ち下がり（ｔ１３のタイミング）で点火プラグ２１に高電圧が印加される。このとき、前述したコロナ放電により放電破壊電圧が低下しており、確実な放電破壊が得られる。要するに、コロナ放電が発生した後には放電破壊電圧が低下し、放電破壊電圧の低下により放電破壊に至る確率が高められる。
【００２４】
上記の如く点火直前に高周波の駆動信号ＳＧ３を出力することにより、放電前に所定電圧が点火プラグ２１に印加され、その場合の放電前印加電圧と放電破壊電圧とに関する実験結果を図４に示す。図４によれば、例えば放電直前印加電圧を５００Ｖ程度とした場合、放電前に電圧を印加しない場合に比べて放電破壊電圧が約１０％低下することが確認できる。なお、放電前印加電圧とは、前記図３のｔ１１〜ｔ１２の期間において２次側電圧Ｖ２の片側の振幅のことである。
【００２５】
以上詳述した本実施の形態によれば、エネルギ充電系の故障時において、点火直前にコロナ放電を発生させて放電破壊電圧を低下させたので、エネルギ充電系の故障時における点火を確実に行わせることができるようになる。つまり、故障発生時におけるフェイルセーフ動作が好適に実施できる。また、エネルギ充電系の故障時にバッテリ電圧が低下していても、点火を行わせることが可能となる。
【００２６】
上記実施の形態では、エネルギ充電系の故障時において、トランジスタ１７，１９に対して同一の駆動信号ＳＧ３を出力したが、この構成を変更する。例えば、エネルギ充電系の故障時には、トランジスタ１９をＯＮ状態に保持し、バッテリ１１と１次側コイル１６ａとを常時直結させる。これに対し、トランジスタ１７には前述の駆動信号ＳＧ３（図３参照）と同じ信号を出力する。すなわち、トランジスタ１７，１９に対して各々異なる駆動信号を出力し、これらを個別に駆動させる。この構成においても、点火プラグ２１の電極部にコロナ放電が発生し、既述の通りエネルギ充電系の故障時における点火を確実に行わせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における内燃機関用点火制御装置の概要を示す構成図。
【図２】多重点火動作を説明するためのタイムチャート。
【図３】エネルギ充電系の故障時におけるフェイルセーフ動作を説明するためのタイムチャート。
【図４】放電前印加電圧と放電破壊電圧との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…点火装置、１１…バッテリ、１２…エネルギ蓄積コイル、１３…トランジスタ、１６…点火コイル、１６ａ…１次側コイル、１６ｂ…２次側コイル、１７…トランジスタ、１９…トランジスタ、２１…点火プラグ、３０…ＥＣＵ。

Claims (4)

1. 直流電源、エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチング素子を直列に接続すると共に、前記エネルギ蓄積コイルと第１のスイッチング素子との間に点火コイルの１次側コイル及び第２のスイッチング素子を直列に接続し、更に点火コイルの２次側コイルには点火プラグを接続し、点火時期直後の放電期間において前記第１及び第２のスイッチング素子を交互にオン／オフして多重放電を行わせる内燃機関用点火装置であって、
   エネルギ蓄積コイル及び第１のスイッチング素子を含むエネルギ充電系の故障が発生した際、点火コイルの１次側コイルに前記直流電源を直結すると共に、第２のスイッチング素子を高速でオン／オフさせ、その後、所定の点火信号による点火を行わせることを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記エネルギ充電系の故障時には、点火直前に、高周波のフェイルセーフ信号を前記第２のスイッチング素子に対して出力する請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
3. 前記エネルギ蓄積コイルをバイパスし、且つ直流電源と点火コイルの１次側コイルとを接続する第３のスイッチング素子を設け、前記エネルギ充電系の故障時には、第３のスイッチング素子をオフからオンに切り替える請求項１又は２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関用点火装置において、前記エネルギ充電系の故障時には、前記第３のスイッチング素子を、前記第２のスイッチング素子と同様に動作させる内燃機関用点火装置。

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