JP5496297B2

JP5496297B2 - 内燃機関の点火装置

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Publication number: JP5496297B2
Application number: JP2012220069A
Authority: JP
Inventors: 太会田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP2014070626A; US9458816B2; DE102013204580A1; DE102013204580B4; US20140090628A1

Description

この発明は、内燃機関に用いられる容量放電方式の点火装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界に於いてもこれらへの対応が急務となっている。この対応の一例として、成層混合気を利用したエンジンの超希薄燃焼（成層リーン燃焼）運転がある。成層リーン燃焼に於いては、可燃混合気の分布がバラツク場合があり、従って着火機会の観点で長期間の火花放電が要求される。又、混合気の濃度にもバラツキがあり、点火プラグへのカーボン固着による燻りリークが発生し易くなる状況もある。このような観点から、エネルギーのリーク経路が生成されている状況下に於いても確実に火花放電を発生できるよう、点火コイル部に大きな2次電流を発生させることが要求される。

従来、点火コイル部に大きな2次電流を発生させるようにした点火装置として、例えば特許文献1の図3に示された容量放電方式の点火装置が存在する。この従来の点火装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側に、大容量コンデンサとチョークコイルと点火コンデンサ（以下、ＣＤＩコンデンサと称する）とからなるＬＣ共振回路が接続されており、大容量コンデンサに充電した静電エネルギーの一部をＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の約2倍の電圧に昇圧してＣＤＩコンデンサに充電し、このＣＤＩコンデンサに充電されたエネルギーを、点火コイル部の一次コイルに繰り返して供給することで、点火プラグに間欠的なマルチ点火を行なうように構成されている。又、特許文献２に開示された従来の点火装置は、複数の大規模なエネルギー供給手段を備えることにより、点火コイル部の2次電流を交流的に変化させてマルチ点火を行なうように構成されている。

特許第２９３６１１９号公報特許第４４９７０２７号公報

周知のように、内燃機関の燃焼室内が高流動状態等となり放電維持電圧が急激に変化することがある。このような場合、火花放電が途切れる吹飛び現象が発生する可能性が高くなる。特許文献１に示されるような容量放電方式の点火装置の場合、前述のように間欠的なマルチ点火を行なうものであり、連続して点火プラグにエネルギーを供給することができず、従って前述の吹飛び現象が発生しやすくなるという課題が存在する。

又、特許文献２に開示された従来の点火装置は、より大きな放電電流を発生させる構成を備えているが、より大容量のＤＣ／ＤＣコンバータと、より大容量のエネルギー蓄積コイルが必要となり、発熱が大きくなり、又、装置が大型化するという課題が存在する。

この発明は、従来の点火装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、火花放電が途切れても再度絶縁破壊を発生させて火花放電を再開できる、小型で安価な容量放電式の点火装置を提供することを目的とするものである。

この発明による内燃機関の制御装置は、
出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、
前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、
前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、
一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、
間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、
前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、
前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記エミッタ側端子に接続された第１のダイオードと、
を備え、
前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせる、
ことを特徴とするものである。

又、この発明による内燃機関の点火装置は、
出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、
前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、
前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、
一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、
間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、
前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、
前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記コレクタ側端子に接続された第２のダイオードと、
を備え、
前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせる、
ことを特徴とするものである。

この発明による内燃機関の点火装置によれば、出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記エミッタ側端子に接続された第１のダイオードとを備え、前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせるように構成されているので、高い２次電流と長期間の火花放電を実現でき、火花放電が途切れても再度絶縁破壊を発生させ、火花放電を再開でき、且つ装置の小型化が可能となる。

又、この発明による内燃機関の点火装置によれば、出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記コレクタ側端子に接続された第２のダイオードとを備え、前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせるように構成されているので、高い２次電流と長期間の火花放電を実現でき、火花放電が途切れても再度絶縁破壊を発生させ、火花放電を再開でき、且つ装置の小型化が可能となる。

この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置の回路構成図である。この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態２による内燃機関の点火装置の回路構成図である。この発明の実施の形態２による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置の回路構成図である。この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置を示す回路図である。図１に於いて、点火装置１００は、所定の間隙を介して対向する一対の電極を備えた点火プラグ１と、鉄心２３を介して磁気的に結合された１次コイル２１と２次コイル２２とを有す
る点火コイル部２と、点火コイル部２にエネルギーを供給するエネルギー供給回路３とを備えている。

点火コイル部２の２次コイル２２は、点火プラグ１の一方の電極と車両接地電位部（以下、ＧＮＤと称する）との間に接続されている。点火コイル部２の１次コイル２１は、一端が後述するエネルギー供給回路部３の共振インダクタ６及び点火コンデンサ（以下、ＣＤＩコンデンサと称する）７の正極側端子に接続され、他端が後述する制御回路部１１の第２のスイッチング素子８のコレクタ側端子に接続されている。

エネルギー供給回路部３は、電源回路部５と、制御回路部１１と、逆流防止ダイオード１３と、共振インダクタ６と、ＣＤＩコンデンサ７と、第１のダイオードとしてのクランプ用ダイオード１２とを備えている。共振インダクタ６は、逆流防止ダイオード１３を介して電源回路部５の正極側出力端子と点火コイル部２の１次コイル２１の一端との間に接続されている。ＣＤＩコンデンサ７とクランプ用ダイオード１２は互いに並列接続され、共振インダクタ６と１次コイル２１の一端との接続部と、第２のスイッチング素子８のエミッタ側端子と、の間に接続されている。

電源回路部５は、トランス５１と、電界効果型トランジスタ等により構成され電源制御用スイッチング素子５２と、ＰＷＭ制御部５４と、電圧制御部５５と、整流ダイオード５３と、電源用コンデンサとしての大容量コンデンサ４とを備えている。トランス５１の１次コイル５１１は、鉄心５１３を介して２次コイル５１２と磁気的に結合されている。１次コイル５１１の一端は、車載バッテリ（図示せず）の正極側端子Ｂに接続され、他端は第１のスイッチング素子５２の一端に接続されている。第１のスイッチング素子５２の他端は、ＧＮＤに接続されている。

整流ダイオード５３は、トランス５１の２次電流を整流して大容量コンデンサ４に供給する。ＰＷＭ制御部５４は、電源制御用スイッチング素子５２にゲート信号を与え、この電源制御用スイッチング素子５２をオン／オフ制御することによりトランス５１の１次電流をＰＷＭ制御する。電圧制御部５５は、大容量コンデンサ４の正極側端子の端子電圧をＰＷＭ制御部５４にフィードバックし、大容量コンデンサ４の端子電圧が所定の値に保たれるようにＰＷＭ制御部５４を制御する。

制御回路１１は、低圧側スイッチング素子としての第１のスイッチング素子９と、高圧側スイッチング素子としての第２のスイッチング素子８と、ハーフブリッジドライバ回路１０とを備えている。第１のスイッチング素子９のエミッタ側端子は、大容量コンデンサ４の負極側端子とＧＮＤに接続されている。第２のスイッチング素子８のエミッタ側端子は第１のスイッチング素子９のコレクタ側端子に接続され、コレクタ側端子は前述の点火コイル部２の１次コイル２１の他端に接続されている。

第１のスイッチング素子９及び第２のスイッチング素子８は、例えばＩＧＢＴにより構成され、エミッタ・コレクタ間に接続されたボディダイオード９ａ、８ａを夫々備えている。これらの第１のスイッチング素子９と第２のスイッチング素子８は、ハーフブリッジ回路を構成している。第１のスイッチング素子９は、ハーフブリッジドライバ回路１０からゲートに与えられる第１のゲート信号ＳＡによりオン／オフ制御される。第２のスイッチング素子８は、ハーフブリッジドライバ回路１０からゲートに与えられる第２のゲート信号ＳＡによりオン／オフ制御される。ハーフブリッジドライバ回路１０は、エンジン制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１３からの点火信号ＩＧＴに基づいて、第１及び第２のゲート信号Ａ、Ｂの発生タイミングが制御される。

以上のように構成されたエネルギー供給回路部３は、後述するように、共振インダクタ６とＣＤＩコンデンサ７とのＬＣ共振現象に基づき大容量コンデンサ４からＣＤＩコンデンサ７にエネルギーを蓄積すると共に、ＣＤＩコンデンサ７に蓄積されたエネルギーを点火コイル部２へ供給する。

次に、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置の動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）はＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴの波形図、（ｂ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＡの波形図、（ｃ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＢの波形図、（ｄ）は点火コイル部２の１次コイル２１に流れる１次電流Ｉ１の波形図、（ｅ）は点火コイル部２の２次コイル２２に流れる２次電流Ｉ２の波形図を夫々示している。

図１及び図２に於いて、電源回路部５に内蔵されている大容量コンデンサ４は、前述の電源制御用スイッチング素子５２によるトランス５１の１次電流のＰＷＭ制御により、所定の電圧値に充電されている。ＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴは、図２の（ａ）に示すように、時刻ｔ１―ｔ２間ではハイレベル（以下、Ｈレベルと称する）、時刻ｔ２―ｔ３間ではローレベル（以下、Ｌレベルと称する）、時刻ｔ３−ｔ４間ではＨレベルとなり、以降、同様に所定の時間間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返してハーフブリッジドライバ回路１０に入力される。

図２の（ｂ）に示すように、第１のゲート信号ＳＡは、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＨレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＬレベルとなる。これに対して第２のゲート信号ＳＢは、図２の（ｃ）に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＬレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＨレベルとなる。

今、時刻t１に於いて、点火信号ＩＧＴがＨレベルになるとハーフブリッジドライバ１
０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第１のスイッチング素子９がオンとなる。これにより電源回路部５によって事前に大容量コンデンサ４に蓄積されたエネルギーがＣＤＩコンデンサ７に供給される。このとき、共振インダクタ６とＣＤＩコンデンサ７とのＬＣ共振現象に基づき、ＣＤＩコンデンサ７は、電源回路部５の出力電圧の約２倍の電圧に非常に高速に充電される。

次に、時刻ｔ２に於いてＥＣＵ１３から出力された点火信号ＩＧＴがＬレベルとなる。これにより第２のゲート信号ＳＢがＨレベル、第１のゲート信号ＳＡがＬレベルとなる。その結果、第２のスイッチング素子８がオン、第１のスイッチング素子９がオフとなり、高電圧に充電されていたＣＤＩコンデンサ７の電荷が点火コイル部２の１次コイル２１を介して放電し、図２の（ｄ）に示すように点火コイル部２の１次コイル２１に１次電流Ｉ１が急峻に流れる。これに伴い、点火コイル部２の２次コイル２２に高電圧が誘起され、この高電圧は点火プラグ1の電極へと伝えられ、点火プラグ１の電極間に絶縁破壊が発生して火花放電が発生し、２次電流Ｉ２による放電電流が流れる。この火花放電により、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気は点火されて燃焼する。

ここで、クランプ用ダイオード１２の動作を理解するために、第１のダイオードとしてのクランプ用ダイオード１２が設けられていない場合について述べる。この場合、時刻ｔ２〜ｔ３の期間に１次コイル２１に流れる１次電流Ｉ１が負側に変化した際に、ＣＤＩコンデンサ７に接続されている１次コイル２１の高圧側が負電位に大きく振られ、第２のスイッチング素子８のコレクタ電位が負電位となり、制御回路１１からの第２のゲート信号ＳＢがＬレベルになる前に第３のスイッチング素子８が強制的にオフとなり、図２の（ｄ）に破線Ｉ１０で示すように１次電流Ｉ１が第３のスイッチング素子８のボディダイオード８ａを介して負側に流れ、これに伴い２次電流Ｉ２が図２の（ｅ）に破線Ｉ２０で示すように減少して負側に流れ、点火プラグ１の電極間に連続放電することができなくなってしまう。

これに対して、実際にはクランプ用ダイオード１２が設けられているので、前述のように１次コイル２１の高圧側が負電位に振られることが回避され、第２のスイッチング素子８は制御回路１１からの第２のゲート信号ＳＢがＬレベルになる時刻ｔ３までオン状態を継続し、２次電流Ｉ２が図２の（ｅ）に実線で示すように流れ、点火プラグ１の電極間に放電を継続させることができる。

次に、時刻ｔ３に達すると、ＥＣＵ１３からの点火信号ＩＧＴが再びＨレベルになり、ハーフブリッジドライバ１０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第１のゲート信号ＳＢがＬレベルとなる。これにより第１のスイッチング素子９がオンとなり、第２のスイッチング素子８がオフとなる。その結果、点火コイル部２の１次電流Ｉ１は直ちに遮断されるので２次コイル２２に逆極性の高電圧が誘起され、これにより図２の（ｅ）に示すように負側の２次電流Ｉ２が点火コイル部２の２次コイル２２に流れ、点火プラグ１の電極間に前述とは逆方向の火花放電が発生し放電電流が流れる。この放電電流は、点火信号ＩＧＴがＬレベルになる時刻ｔ４に達するまで継続される。

前述の時刻ｔ３〜ｔ４の間では、第１のスイッチング素子９がオン、第２のスイッチング素子８がオフとなるので、共振インダクタ６とＣＤＩコンデンサ７とのＬＣ共振現象に基づき、ＣＤＩコンデンサ７は、電源回路部５の出力電圧の約２倍の電圧に非常に高速に再度充電されることになる。

時刻ｔ４以降は、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４に於ける前述の動作が繰り返され、点火プラグ１の電極間には交流的に放電電流が継続して流れることになる。その結果、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気は、交流的に継続して流れる２次電流Ｉ２によりマルチ点火される。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置によれば、ＣＤＩコンデンサを高速に充電することがきるので、エネルギー供給回路の構成要素が１回路のみ、例えば、ＣＤＩコンデンサが１回路のみであっても、複数気筒へのエネルギー供給をまかなうことができる。つまり、多気筒であってもエネルギー供給源を共通化することができるので、装置を小型化、低コスト化することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による内燃機関の点火装置について説明する。図３は、この発明の実施の形態２による内燃機関の点火装置の回路構成図である。図３に於いて、整流用ダイオード１４が点火コイル部２の２次コイル２２に挿入されている。即ち、２次コイル２２の一端が整流用ダイオード１４のアノードに接続され、点火プラグ１の一方の電極が整流用ダイオード１４のカソードに接続されている。その他の構成は、前述の図１と同様である。

図４は、この発明の実施の形態２による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートであって、（ａ）はＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴの波形図、（ｂ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＡの波形図、（ｃ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＢの波形図、（ｄ）は点火コイル部２の１次コイル２１に流れる１次電流Ｉ１の波形図、（ｅ）は点火コイル部２の２次コイル２２に流れる２次電流Ｉ２の波形図を夫々示している。

図３及び図４に於いて、電源回路部５に内蔵されている大容量コンデンサ４は、前述の電源制御用スイッチング素子５２によるトランス５１の１次電流のＰＷＭ制御により、所定の電圧値に充電されている。ＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴは、図４の（ａ）に示すように、時刻ｔ１―ｔ２間ではＨレベル、時刻ｔ２―ｔ３間ではＬレベル、時刻ｔ３−ｔ４間ではＨレベルとなり、以降、同様に所定の時間間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返してハーフブリッジドライバ回路１０に入力される。

図４の（ｂ）に示すように、第１のゲート信号ＳＡは、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＨレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＬレベルとなる。これに対して第２のゲート信号ＳＢは、図２の（ｃ）に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＬレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＨレベルとなる。

今、時刻t１に於いて、点火信号ＩＧＴがＨレベルになるとハーフブリッジドライバ１０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第１のスイッチング素子９がオンとなる。これにより電源回路５によって事前に大容量コンデンサ４に蓄積されたエネルギーがＣＤＩコンデンサ７に供給される。このとき、共振インダクタ６とＣＤＩコンデンサ７とのＬＣ共振現象に基づき、ＣＤＩコンデンサ７は、電源回路部５の出力電圧の約２倍の電圧に非常に高速に充電される。

次に、時刻ｔ２に於いてＥＣＵ１３から出力された点火信号ＩＧＴがＬレベルとなる。これにより第２のゲート信号ＳＢがＨレベル、第１のゲート信号ＳＡがＬレベルとなる。その結果、第２のスイッチング素子８がオン、第１のスイッチング素子８がオフとなり、高電圧に充電されていたＣＤＩコンデンサ７の電荷が点火コイル部２の１次コイル２１を介して放電し、図２の（ｄ）に示すように点火コイル部２の１次コイル２１に１次電流Ｉ１が急峻に流れる。これに伴い、点火コイル部２の２次コイル２２に高電圧が誘起されるが、２次コイル２２には前述のように整流用ダイオード１４が接続されているので、２次コイル２２に誘起された高電圧は点火プラグ１の電極に印加されず、従って図４の（ｅ）に示すように２次電流Ｉ２が流れず、点火プラグ１の電極間には火花放電は発生しない。

次に、時刻ｔ３に達すると、ＥＣＵ１３からの点火信号ＩＧＴが再びＨレベルになり、ハーフブリッジドライバ１０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第２のゲート信号ＳＢがＬレベルとなる。これにより第１のスイッチング素子９がオンとなり、第２のスイッチング素子８がオフとなる。その結果、点火コイル部２の１次電流Ｉ１は直ちに遮断されるので２次コイル２２に逆極性の高電圧が誘起され、点火プラグ１の電極間に印加され、その電極間に絶縁破壊が生じ火花放電が発生する。これにより図４の（ｅ）に示すように負の２次電流Ｉ２が２次コイル２２及び点火プラグ１の電極間に放電電流として流れ、点火信号ＩＧＴがＬレベルになる時刻ｔ４に達するまで継続される。

時刻ｔ４以降は、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４に於ける前述の動作が繰り返され、点火プラグ１の電極間には間歇的に高電圧が印加され、火花放電が点火プラグ１の電極間に間歇的に発生し、高速で間欠的なマルチ点火が可能となる。

又、周知のように容量放電方式の点火装置、つまりＣＤＩ点火方式では１次電流が５０［Ａ］以上となり、通常のフルトランジスタ方式の点火に対して大きな１次電流となるため、ＣＤＩ点火方式をフルトランジスタ方式に使用することで、点火コイル部の１次コイルと２次コイルの巻数比を小さくしても、２次コイルに高電圧で且つ大電流を供給することができ、点火コイル部の小型化が可能となる。更に、プラズマジェット点火方式や高周波プラズマ点火方式等では、点火プラグに高電圧で且つ大電流を供給するために高電圧発生用のトリガ点火コイルと大電流供給用の電源回路部との、２つのコンポーネントが必要となるが、実施の形態２による点火装置によればトリガ点火コイルが不要となりコンポーネントを１つにすることができ、従来の点火方式に比して小型、且つ低コスト化を図ることができる。

前述のように、この発明の実施の形態１による内燃機関の点火装置によれば、ＣＤＩコンデンサを高速に充電することがきるので、エネルギー供給回路の構成要素が１回路のみ、例えば、ＣＤＩコンデンサが１回路のみであっても、複数気筒へのエネルギー供給をまかなうことができる。つまり、多気筒であってもエネルギー供給源を共通化することができるので、装置を小型化、低コスト化することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置について説明する。図５は、この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置の回路構成図である。この実施の形態３では、前述の実施の形態１及び２に於けるクランプ用ダイオードとしての第１のダイオード１２に代えて、第２のダイオードとしての還流用ダイオード１５を設けている。還流用ダイオード１５は、アノード側が点火コイル部２の１次コイル２１の一端に接続され、カソード側が第２のスイッチング素子８のコレクタ端子に接続されている。その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

図６は、この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）はＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴの波形図、（ｂ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＡの波形図、（ｃ）はハーフブリッジドライバ回路１０から出力されるゲート信号ＳＢの波形図、（ｄ）は点火コイル部２の１次コイル２１に流れる１次電流Ｉ１の波形図、（ｅ）は点火コイル部２の２次コイル２２に流れる２次電流Ｉ２の波形図を夫々示している。

図５及び図６に於いて、電源回路部５に内蔵されている大容量コンデンサ４は、前述の電源制御用スイッチング素子５２によるトランス５１の１次電流のＰＷＭ制御により、所定の電圧値に充電されている。ＥＣＵ１３から出力される点火信号ＩＧＴは、図６の（ａ）に示すように、時刻ｔ１―ｔ２間ではハイレベル（以下、Ｈレベルと称する）、時刻ｔ２―ｔ３間ではローレベル（以下、Ｌレベルと称する）、時刻ｔ３−ｔ４間ではＨレベルとなり、以降、同様に所定の時間間隔でＨレベルとＬレベルを繰り返してハーフブリッジドライバ回路１０に入力される。

図６の（ｂ）に示すように、第１のゲート信号ＳＡは、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＨレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＬレベルとなる。これに対して第２のゲート信号ＳＢは、図２の（ｃ）に示すように、点火信号ＩＧＴのＨレベルのときにＬレベルとなり、点火信号ＩＧＴのＬレベルのときにＨレベルとなる。

今、時刻t１に於いて、点火信号ＩＧＴがＨレベルになるとハーフブリッジドライバ１０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第１のスイッチング素子９がオンとなる。これにより電源回路部５によって事前に大容量コンデンサ４に蓄積されたエネルギーがＣＤＩコンデンサ７に供給される。このとき、共振インダクタ６とＣＤＩコンデンサ７とのＬＣ共振現象に基づき、ＣＤＩコンデンサ７は、電源回路部５の出力電圧の約２倍の電圧に非常に高速に充電される。

次に、時刻ｔ２に於いてＥＣＵ１３から出力された点火信号ＩＧＴがＬレベルとなる。
これにより第２のゲート信号ＳＢがＨレベル、第１のゲート信号ＳＡがＬレベルとなる。その結果、第２のスイッチング素子８がオン、第１のスイッチング素子８がオフとなり、高電圧に充電されていたＣＤＩコンデンサ７の電荷が点火コイル部２の１次コイル２１を介して放電し、図６の（ｄ）に示すように点火コイル部２の１次コイル２１に１次電流Ｉ１が急峻に流れる。これに伴い、点火コイル部２の２次コイル２２に高電圧が誘起され、この高電圧は点火プラグ1の電極へと伝えられ、点火プラグ１の電極間に絶縁破壊が発生して火花放電が発生し、２次電流Ｉ２による放電電流が流れる。この火花放電により、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気は点火されて燃焼する。

次に、時刻ｔ３に達すると、ＥＣＵ１３からの点火信号ＩＧＴが再びＨレベルになり、ハーフブリッジドライバ１０からの第１のゲート信号ＳＡがＨレベルとなり、第２のゲート信号ＳＢがＬレベルとなる。これにより第１のスイッチング素子９がオンとなり、第２のスイッチング素子８がオフとなるが、点火コイル部２の１次電流Ｉ１は還流用ダイオード１５を介して１次コイル２１を還流しながら図６の（ｄ）に示すように次第に減少する。これに伴い、図６の（ｅ）に示すように２次電流Ｉ２も次第に減少しながら点火コイル部２の２次コイル２２に流れ、点火プラグ１の電極間の放電電流は、点火信号ＩＧＴが再度Ｌレベルになる時刻ｔ４に達するまで減少しながら継続して流れる。

時刻ｔ４以降は、時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４に於ける前述の動作が繰り返され、点火プラグ１の電極間に連続的に２次電流Ｉ２をプラス方向に直流的に流し、点火を持続させることができる。

以上述べたように、この発明の実施の形態３による内燃機関の点火装置によれば、ＣＤＩコンデンサを高速に充電できるので、ＣＤＩコンデンサを高速に充電することがきるので、エネルギー供給回路の構成要素が１回路のみ、例えば、ＣＤＩコンデンサが１回路のみであっても、複数気筒へのエネルギー供給をまかなうことができる。つまり、多気筒であってもエネルギー供給源を共通化することができるので、装置を小型化、低コスト化することができる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１点火プラグ、２点火コイル部、３エネルギー供給回路部、４電源用コンデンサ、５電源回路部、６共振インダクタ、７点火コンデンサ、５２電源制御用スイッチング素子、９第１のスイッチング素子、８第２のスイッチング素子、１０ハーフブリッジドライバ回路、１１制御回路部、１２第１のダイオード、１３ＥＣＵ、１４整流用ダイオード、１５第２のダイオード。

Claims

出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、
前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、
前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、
一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、
間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、
前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、
前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記エミッタ側端子に接続された第１のダイオードと、
を備え、
前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせる、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
前記点火コイル部の２次コイルに直列接続された整流用ダイオードを備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
出力エネルギーを蓄積する電源用コンデンサを備え、前記電源用コンデンサに蓄積した出力エネルギーに基づいて所定の出力を発生する電源回路部と、
前記電源回路部の出力側に接続された共振インダクタと、
前記電源回路部の前記出力により前記共振インダクタを介して充電される点火コンデンサと、
一端が前記点火コンデンサの正極側端子に接続された１次コイルと、前記１次コイルに磁気的に結合され、前記点火コンデンサの放電によるエネルギーが供給されたとき点火電圧を発生する２次コイルとを備えた点火コイル部と、
間隙を介して対向する一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記２次コイルに接続され、前記点火電圧が前記一対の電極間に印加されたとき前記電極間に火花放電を発生して内燃機関に供給された可燃混合気を点火する点火プラグと、
前記点火コンデンサが前記充電される充電経路に接続された第１のスイッチング素子と、コレクタ側端子が前記１次コイルの他端に接続されエミッタ側端子が前記点火コンデンサの負極側端子に接続された第２のスイッチング素子とを備えた制御回路部と、
前記１次コイルの前記一端と前記第２のスイッチング素子の前記コレクタ側端子に接続された第２のダイオードと、
を備え、
前記制御回路部は、前記内燃機関に対する外部からの点火信号に基づいて前記第１のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記充電を行わせ、前記点火信号に基づいて前記第２のスイッチング素子をオンとすることにより前記点火コンデンサの前記放電を行わせる、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
前記制御回路部は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを、一方のスイッチング素子がオンのとき他方のスイッチング素子がオフとなるように制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の点火装置。
前記内燃機関は、複数の気筒を備え、
前記点火コイル部及び点火プラグは、前記複数の気筒に対応して夫々複数設けられ、
前記点火コンデンサは、前記複数の点火コイル部に前記エネルギーを夫々供給するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の内燃機関の点火装置。