JP6000320B2

JP6000320B2 - 高周波放電点火装置

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Publication number: JP6000320B2
Application number: JP2014233375A
Authority: JP
Inventors: 直樹糸井; 奥田　浩司; 浩司奥田; 棚谷　公彦; 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: DE102015210376A1; US20160138552A1; DE102015210376B4; JP2016098652A; US9777695B2

Description

本発明は、火花放電経路に高周波交流電流を流し込み、点火プラグの電極間の間隙に放電プラズマを形成させることにより内燃機関を点火させる高周波放電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、自動車業界においても、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、過給器を利用したエンジンダウンサイジング、軽量化により燃料消費量を飛躍的に改善する方法がある。

高過給状態になると、エンジン燃焼室内の圧力が燃焼を伴っていない状態でも非常に高くなり、この中では燃焼を開始するための火花放電を発生させることが困難になることが知られている。この理由の一つに、点火プラグの高圧電極とＧＮＤ（グランド）電極の間（ギャップ）で絶縁破壊を引起すための要求電圧が非常に高くなり、点火プラグの絶縁碍子部の耐電圧値を超えてしまう点がある。

この課題を解決するために、碍子部の耐圧を上げる研究がなされているが、実情では要求に対し十分な耐圧を確保することは困難であり、点火プラグのギャップ間隔を狭める手段をとらざるを得ない状況となっている。しかしながら、点火プラグのギャップを狭めると、今度は電極部による消炎作用の影響が大きくなり、始動性の低下、燃焼性の低下を引起す点に課題が発生してしまう。

この問題を解決するためには、消炎作用によって電極部に取られる熱を上回るエネルギーを火花放電で与える、もしくは電極から少しでも遠いところで燃焼を引起す、といった回避手段が考えられ、例えば特許文献１に示すような点火コイル装置が提案されている。

特許文献１に開示された点火コイル装置は、従来の点火コイルにより点火プラグのギャップに火花放電を発生させ、この火花放電経路にミキサを介して高周波交流電流を流し込むことで高エネルギーの火花放電、かつ通常の火花放電よりも広範囲に拡がる放電プラズマを形成することを可能にするものである。

特許第５３５１８７４号公報特開２０１３−１７７８８１号公報

特許文献１に示された従来の点火コイル装置は、交流電流を火花放電経路に流し込むものであるため、火花放電経路が形成されている必要がある。
しかしながら、過剰な交流電流による放電プラズマには点火プラグの電極消耗を促進させてしまい、電極が消耗すると火花放電間隙が広がることで、点火プラグの放電電圧が高くなり、点火プラグの絶縁耐電圧を超えて点火プラグが絶縁破壊することがある。
また、点火プラグの放電電圧が点火コイルの発生する高電圧を上回ると、点火プラグに火花放電経路を形成出来なくなるため、点火プラグの放電電圧を把握して点火プラグの放電状態および点火プラグの劣化状態を把握する必要がある。

特許文献２によれば点火プラグの劣化をある程度把握することが可能であるが、点火プラグの放電電圧が高くなったことは把握できるものの、放電電圧が異常に低くなったことは把握できない。また電圧の高いツェナーダイオードなど特殊な素子が必要となり、これら素子を電圧の高い２次コイルに接続するため、高電圧に耐える素子が必要になることや絶縁処理が必要になるなど、コスト的に問題が有る。

本発明は、従来の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あって、コストアップの少ない手段で、点火プラグの放電電圧の低過ぎや高過ぎを把握して、点火プラグの放電状態に応じて、交流電流を火花放電経路に投入でき、効率良く放電プラズマを形成することのできる高周波放電点火装置を提供することを目的とするものである。

本発明の高周波放電点火装置は、
磁気結合された１次コイルと２次コイルを有する点火コイル部と、前記１次コイルの電流を通電し通電後遮断するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子が通電状態になり、前記１次コイルに電流を流すことで磁束を発生、蓄積し、次に前記スイッチ素子が遮断状態になることで前記２次コイルに所定の高電圧が発生し、発生した所定の高電圧を、間隙を有する電極間に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する点火プラグに供給することで、前記間隙に火花放電経路を形成させる点火コイル装置、
前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給する電流供給装置、
前記電流供給装置の前記高周波交流電流を出力する側に設けられ、前記高周波交流電流を通過させて前記高周波交流電流が前記点火プラグの電極間に供給されるのを許容すると共に、前記火花放電経路を形成させるための前記高電圧が前記電流供給装置へ印加されることを防止するためのフィルタ、
前記スイッチ素子が遮断状態になった後に発生する前記１次コイルの磁気誘導電圧が所定の電圧を超えている区間の信号を出力する電圧検出装置、および
前記電圧検出装置の出力を入力し前記電流供給装置を制御する制御装置、
を備え、
前記制御装置は、前記電圧検出装置の出力信号に応じて、前記点火プラグの間隙に火花放電経路が形成されたタイミングを判断し、
前記制御装置から制御される前記電流供給装置は、前記火花放電経路が形成されたタイミングから所定の設定時間を経過した後に、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給し、
前記制御装置は、前記点火プラグの放電電圧の判定結果に応じて前記点火プラグの異常状態を判定する点火プラグ状態判定装置を備え、前記点火プラグ状態判定装置は、前記点火プラグが異常状態であることを判定すると前記電流供給装置の動作を停止させる
ことを特徴とする高周波放電点火装置である。

本発明の高周波放電点火装置によれば、磁気結合された１次コイルと２次コイルを有する点火コイル部と、前記１次コイルの電流を通電し通電後遮断するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子が通電状態になり、前記１次コイルに電流を流すことで磁束を発生、蓄積し、次に前記スイッチ素子が遮断状態になることで前記２次コイルに所定の高電圧が発生し、発生した所定の高電圧を、間隙を有する電極間に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する点火プラグに供給することで、前記間隙に火花放電経路を形成させる点火コイル装置、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給する電流供給装置、前記電流供給装置の前記高周波交流電流を出力する側に設けられ、前記高周波交流電流を通過させて前記高周波交流電流が前記点火プラグの電極間に供給されるのを許容すると共に、前記火花放電経路を形成させるための前記高電圧が前記電流供給装置へ印加されることを防止するためのフィルタ、前記スイッチ素子が遮断状態になった後に発生する前記１次コイルの磁気誘導電圧が所定の電圧を超えている区間の信号を出力する電圧検出装置、および前記電圧検出装置の出力を入力し前記電流供給装置を制御する制御装置、を備え、前記制御装置は、前記電圧検出装置の出力信号に応じて、前記点火プラグの間隙に火花放電経路が形成されたタイミングを判断し、前記制御装置から制御される前記電流供給装置は、前記火花放電経路が形成されたタイミングから所定の設定時間を経過した後に、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給し、前記制御装置は、前記点火プラグの放電電圧の判定結果に応じて前記点火プラグの異常状態を判定する点火プラグ状態判定装置を備え、前記点火プラグ状態判定装置は、前記点火プラグが異常状態であることを判定すると前記電流供給装置の動作を停止させるので、コストアップの少ない手段で、点火プラグの放電電圧の低過ぎや高過ぎを把握して、点火プラグの放電状態に応じて、交流電流を火花放電の経路に投入でき、効率良く放電プラズマを形成することができる。

本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置の回路構成図である。本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置の動作において、図２とは異なる電圧Ｖｂでのタイミングチャートである。本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置の制御手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置において、電圧Ｖｂと時間ｔの関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係わる高周波放電点火装置において、時間ｔｃと時間ｔの関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の回路構成図である。本発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の動作において、失火時のタイミングチャートである。本発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置の制御手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係わる高周波放電点火装置において、電圧Ｖｂと時間ｔの関係を示すグラフである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１による高周波放電点火装置は、点火コイル装置で作る高電圧により点火プラグの間隙に火花放電を発生させ、加えて、火花放電経路に交流電流を流しこむことで、点火プラグの間隙に大きな放電プラズマを形成させる装置である。

図１に本実施の形態１における高周波放電点火装置の回路構成図を示す。図１において、高周波放電点火装置は、間隙を有する電極間に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する点火プラグ４０と、磁気結合された１次コイル３１ａと２次コイル３１ｂを有する点火コイル部３１、制御装置１０からＩｇｔ信号に基づき１次コイル３１ａの電流を通電・遮断するスイッチ素子２０より成り、スイッチ素子２０が通電状態になり、１次コイル３１ａに電流を流すことで磁束を発生、蓄積し、次にスイッチ素子２０が遮断状態になることで２次コイル３１ｂに所定の高電圧が発生し、発生した所定の高電圧を点火プラグ４０に供給することで、点火プラグ４０の間隙に火花放電経路を形成させる点火コイル装置３０と、点火プラグ４０の間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流Ｉａを供給する電流供給装置７０と、電流供給装置７０の高周波交流電流Ｉａを出力する側に設けられ、高周波交流電流Ｉａを通過させて高周波交流電流Ｉａが点火プラグ４０の電極間に供給されるのを許容すると共に、点火コイル装置３０が点火プラグ４０の間隙に火花放電経路を形成させるための高電圧が電流供給装置７０へ印加されることを防止するためのフィルタ６２と、電流供給装置７０の動作を制御する制御装置１０と、スイッチ素子２０が遮断状態になった後に発生する１次コイル３１ａの磁気誘導電圧が所定の電圧を超えている区間の信号を出力する電圧検出装置５０と、により構成されている。

フィルタ６２は、電流供給装置７０により生成された高周波交流電流Ｉａを通過させて高周波交流電流Ｉａが点火プラグ４０の電極間に供給すると共に、高周波交流電流Ｉａより低周波となる点火コイル装置３０の２次コイル３１ｂで発生する高電圧や、高周波交流電流Ｉａより高周波となる点火コイル装置３０が点火プラグ４０の間隙に火花放電経路を形成される際に発生する点火ノイズが、電流供給装置７０へ印加されることを防止するためのバンドパスフィルタを構成するコンデンサ６０とインダクタ６１とを備えている。参考までに一例を示すと、バンドパスフィルタの通過帯域は１〜４ＭＨｚ程度である。なお、フィルタ６２は、電流供給装置７０内に設置する構成としてもよい。

電流供給装置７０は、例えばハーフブリッジ構成のスイッチング回路を備え、電流供給装置７０の出力側にコンデンサ６０とインダクタ６１で構成されるバンドパスフィルタを配置しているので、このバンドパスフィルタの共振周波数に合わせて、スイッチング回路は、ハーフブリッジのHIGH側スイッチ、LOW側スイッチが交互にON/OFFとなるように動作させる。
バンドパスフィルタの共振周波数に合わせてスイッチング回路を動作することで、バンドパスフィルタのインピーダンスが最少となるので、電流供給装置７０が出力する高周波交流電流Ｉａは最大となる。従って点火プラグ４０の間隙に形成される火花放電経路に最大の高周波交流電流Ｉａを送り込めるようになり、点火プラグ４０の間隙に大きな放電プラズマを形成させることができる。

電圧検出装置５０は、１次コイル３１ａで発生する電圧Ｖ１が所定値以上になったことを検出し、出力がオープンコレクタであるコンパレータ５１と、コンパレータ５１の比較基準電圧を作るための分圧抵抗５２と５３と、電圧Ｖ１を分圧してコンパレータ５１に入力する分圧抵抗５４と５５と、コンパレータ５１の出力と電源との間に接続された抵抗５６とを備えている。

コンパレータ５１は抵抗５２、５３で設定された電圧よりも、電圧Ｖ１を抵抗５４、５５で分圧された電圧の方が上回った場合に出力がオープンコレクタ状態となり、コンパレータ５１は抵抗５２、５３で設定された電圧よりも、電圧Ｖ１を抵抗５４、５５で分圧された電圧の方が下回った場合に出力がＧＮＤレベルとなるため、電圧検出装置の出力信号Ｖｓは、電圧Ｖ１が抵抗５２、５３で設定された電圧を上回った場合は、電源から抵抗５６を介してハイレベルの信号を出力し、電圧Ｖ１が抵抗５２、５３で設定された電圧を下回った場合は、ローレベルの信号を出力する。

制御装置１０は、マイクロコンピュータ１１を備え、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０より出力される信号Ｖｓがハイレベルからローレベルに転ずるタイミングを計測することで点火プラグ４０の間隙に火花放電経路が形成されたタイミングを判断することができる。
またマイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０より出力される信号Ｖｓがハイレベルの時間幅を計測することで、点火プラグ４０の放電電圧を判断することができる。

図２に本実施の形態１における高周波放電点火装置の動作について、タイミングチャートを示す。

時点Ｔ１において、制御装置１０から信号Ｉｇｔがハイレベルになると、スイッチ素子２０が導通状態となり、１次コイル３１ａに電流Ｉ１が流れ始める。

時点Ｔ２において、制御装置１０から信号Ｉｇｔがローレベルに転ずると、スイッチ素子２０が遮断状態となり、１次コイル３１ａに流れていた電流Ｉ１が遮断され、これによる急激なコイル磁束変化が発生し、電磁誘導により１次コイル３１ａには電圧Ｖ１が、２次コイル３１ｂには電圧Ｖ２が発生する。２次コイル３１ｂに誘導電流が流れ始め、点火プラグ４０が潜在的に備えている対地間容量およびコンデンサ６０が充電され、電圧Ｖ２は時点Ｔ２から徐々に上昇する電圧となり、電圧Ｖ１は時点Ｔ２の直後に高いピーク電圧が発生し、その後は徐々に上昇する電圧となる。電圧Ｖ１が時点Ｔ２の直後に高いピーク電圧が発生するのは、１次コイル３１ａと２次コイル３１ｂが１００％磁気結合していないことによる１次コイル漏えいインダクタンスにより発生するサージ電圧である。また、サージ電圧に続いて徐々に上昇する電圧は、１次コイル３１ａと２次コイル３１ｂの巻き数比Ｎのトランスになっていることによって発生する電圧で、Ｖ１＝Ｖ２／Ｎとなる。

電圧検出装置５０は抵抗５２、５３、５４、５５で設定された所定値Ｖ１Ｌを検出しており、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを超えるとコンパレータ５１の出力がオープンコレクタ状態となり、出力する信号Ｖｓがハイレベルとなる。

マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０より出力される信号Ｖｓがローレベルからハイレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ１を計測する。

時点Ｔ３において、発生した電圧Ｖ２が点火プラグ４０の間隙の絶縁耐電圧Ｖｂ１を超えると間隙に火花放電経路が形成され、電圧Ｖ２はグロ一／アーク放電電圧へ急激に低下する。これに伴い電圧Ｖ１も急激に低下して所定値Ｖ１Ｌを下回る電圧Ｖ１ａとなる。電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを下回ると電圧検出装置５０の出力する信号Ｖｓがローレベルとなる。

マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０より出力される信号Ｖｓがハイレベルからローレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ２を計測することで、点火プラグ４０の間隙に火花放電経路が形成されたタイミングを判断することができる。
また、マイクロコンピュータ１１は、時間ｔａ１から時間ｔａ２のハイレベルの時間幅ｔ１を計測することで、点火プラグ４０の放電状態を判定することができる。

所定値Ｖ１Ｌは時間幅ｔ１期間中の電圧Ｖ１よりも低く、グロ一／アーク放電期間の電圧Ｖ１ａよりも高い、例えば１００Ｖ程度に設定する。

また、誘導電流により、点火プラグ４０が潜在的に備えている対地間容量およびコンデンサ６０に蓄積される電荷の放出による容量電流Ｉｃがコンデンサ６０から電流供給装置７０に向かって流れ始め、時間幅ｔｃ１後に略ゼロアンペアに終息する。

マイクロコンピュータ１１が判定した点火プラグ４０の間隙に火花放電経路が形成されたタイミングｔａ２を基準に設定時間ｔｓ１経過した後、
時点Ｔ４において、制御装置１０は、信号Ｓｉｇをハイレベルに転ずることで電流供給装置７０を動作させる。
電流供給装置７０は、点火プラグ４０の間隙に形成される火花放電経路に交流電流Ｉａを供給することで、点火プラグ４０の間隙に放電プラズマを形成させる。電圧Ｖ２は交流電流Ｉａによりゼロボルトを中心とした正負のグロ一／アーク放電電圧となる。

時点Ｔ５において、制御装置１０は、信号Ｓｉｇをローレベルに転ずることで電流供給装置７０の動作を停止する。電流供給装置７０は、交流電流Ｉａの供給を停止することで、交流電流Ｉａは略ゼロアンペアに終息し、点火プラグ４０の間隙に形成される放電プラズマも停止する。電圧Ｖ２は時点Ｔ３と同様にグロ一／アーク放電電圧となる。

時点Ｔ６において、点火コイル装置３０による火花放電が終了すると電圧Ｖ２および電圧Ｖ１ともに略ゼロボルトに終息する。

次に、図３に本実施の形態１における高周波放電点火装置の動作について、点火プラグ４０の間隙の絶縁耐電圧が図２とは異なる場合のタイミングチャートを示す。

時点Ｔ１、Ｔ２及びＴ５、Ｔ６の説明は図２と同じであるため省略する。時点Ｔ３’において、発生した電圧Ｖ２が点火プラグ４０の間隙の絶縁耐電圧Ｖｂ２を超えると間隙に火花放電経路が形成され、電圧Ｖ２はグロ一／アーク放電電圧へ急激に低下する。図２の絶縁耐電圧Ｖｂ１に対して図３の絶縁耐電圧Ｖｂ２の電圧が負側に高いので、これに伴い時間幅ｔ２は図２の時間幅ｔ１よりも長くなる。また、電圧Ｖ２の増加に伴い、容量電流Ｉｃ’も増加するため、時間幅ｔｃ２は図２の時間幅ｔｃ１よりも長くなる。

時点Ｔ４’において、制御装置１０は、信号Ｓｉｇをハイレベルに転ずることで、電流供給装置７０を動作させる。電流供給装置７０は、点火プラグ４０の間隙に形成される火花放電経路に交流電流Ｉａを供給することで、点火プラグ４０の間隙に放電プラズマを形成させる。電圧Ｖ２は交流電流Ｉａによりゼロボルトを中心とした正負のグロ一／アーク放電電圧となる。

図４に本実施の形態１における高周波放電点火装置の制御手順について、フローチャートを示す。

図４において、ステップＳ１では、制御装置１０は、信号Ｉｇｔをハイレベルにする。

ステップＳ２では、制御装置１０は、ステップＳ１から１次コイル３１ａの通電時間経過後、信号Ｉｇｔをローレベルにする。

ステップＳ３では、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０の出力する信号Ｖｓがローレベルからハイレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ１を計測する。

ステップＳ４では、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０の出力する信号Ｖｓがハイレベルからローレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ２を計測する。

ステップＳ５では、マイクロコンピュータ１１は、時間ｔａ１からｔａ２の時間幅ｔ１を計測する。

ステップＳ６では、制御装置１０は、時間ｔａ２から設定時間ｔｓ１経過するのを待つ。

ステップＳ７では、ステップＳ６において、判定条件が成立した場合、制御装置１０は電流供給装置７０を動作させる。

設定時間ｔｓ１は、運転条件や放電状態等に依存して設定されるマップ値や計算値にしておくと良い。また、設定時間ｔｓ１は、点火プラグの放電電圧の判定結果に応じて決定しても良い。図５は、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂと電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔの関係を示した図である。
図５より、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔは点火プラグ４０の間隙に火花放電経路が形成される電圧Ｖｂと比例の関係があり、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔが長くなるほど、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂが増加することから、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔを計測することで、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂを判定することができる。

また、図６は、容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃと電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔの関係を示した図である。図６においても、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔは容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃと比例の関係があり、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔが長くなるほど、容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃ時間ｔｃが増加する。
ことから、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔを計測することで、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂが判定できるとともに、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂに応じて変化する、容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃをも判断することができる。設定時間ｔｓ１を容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃ以上に設定することで、容量電流Ｉｃが流れている期間に電流供給装置７０を動作させると容量電流Ｉｃにより電流供給装置７０が破壊される危険を回避するこ
とができる。

このように実施の形態１においては、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成される電圧Ｖｂに応じて、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔ、および容量電流Ｉｃが流れる時間ｔｃが変化する。電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔを測定することで、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成されるタイミングを判断することができ、かつ点火プラグ４０の放電電圧を判断することができる。
点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電経路が形成されるタイミングから点火プラグ４０の放電電圧判断した適切な設定時間経過した後に、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に交流電流を供給する前記電流供給装置を動作させ、前記火花放電経路に前記交流電流を供給することをできるため、効率良く放電プラズマを形成することができる。
また、高電圧に耐える素子が不要で、高電圧側への部品、配線が不要で電圧の低い１次コイル側への配線のみとなり、電圧検出装置も低電圧用の汎用的な部品で実現することができコスト的な問題が少ない。

実施の形態２．
図７に本実施の形態２における高周波放電点火装置の回路構成図を示す。
本実施の形態２における高周波放電点火装置は、実施の形態１の構成に対して、点火プラグ４０の異常な状態を判定する点火プラグ状態判定装置を追加している。

点火プラグ状態判定装置１２は、マイクロコンピュータ１１が判定した点火プラグ４０の放電電圧の判定結果に応じて、電流供給装置７０の動作を停止する。

次に、図８に本実施の形態２における高周波放電点火装置の動作について、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊せず失火状態になった場合のタイミングチャートを示す。

時点Ｔ１、Ｔ２説明は図２と同じであるため省略する。
時点Ｔ３’’において、発生した電圧Ｖ２が点火プラグ４０の間隙の絶縁耐電圧を超えずに火花放電経路が形成されないため、電圧Ｖ２、電圧Ｖ１ともに急激な電圧低下は発生せず、なだらかな山型波形となり、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを超える時間ｔ３は図２の時間ｔ１や図３の時間ｔ２よりも長くなる。
時間ｔ３より、点火プラグの状態が異常であると判断し、制御装置１０は、信号Ｓｉｇをローレベルのまま電流供給装置の動作を停止にする。

図９に本実施の形態１における高周波放電点火装置の制御手順について、フローチャートを示す。

図９において、ステップＳ１’では、制御装置１０は、信号Ｉｇｔをハイレベルにする。

ステップＳ２’では、制御装置１０は、ステップＳ１’から１次コイル３１ａの通電時間経過後、信号Ｉｇｔをローレベルにする。

ステップＳ３’では、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０の出力する信号Ｖｓがローレベルからハイレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ１’を計測する。

ステップＳ４’では、マイクロコンピュータ１１は、電圧検出装置５０の出力する信号Ｖｓがハイレベルからローレベルに転ずるタイミングの時間ｔａ２’を計測する。

ステップＳ５’では、マイクロコンピュータ１１は、時間ｔａ１’からｔａ２’の時間幅ｔ’を計測する。

ステップＳ６’では、点火プラグ状態判定装置１２、時間幅ｔ’が第一しきい値と第二しきい値の間であるか判定する。

ステップＳ７’では、ステップＳ６’において、時間幅ｔ’が判定条件を満たしていた場合、点火プラグは正常と判断する。

ステップＳ８’では、制御装置１０は、時間ｔａ２’から設定時間ｔｓ１’経過するのを待つ。

ステップＳ９’では、ステップＳ８’において、判定条件を満たした場合、制御装置１０は電流供給装置７０を動作させる。

ステップＳ１０’では、ステップＳ６’において、時間幅ｔ’が判定条件を満たしていない場合、点火プラグが異常と判断する。

ステップＳ１１’では、制御装置１０は電流供給装置７０の動作を停止する。

図１０は、点火プラグ４０の間隙が絶縁破壊して火花放電が発生する電圧Ｖｂと電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔ’の関係を示した図である。
図１０において、時間ｔ’が第一しきい値以下であれば点火プラグ４０の間隙以外の場所でリーク放電している可能性があると判断できる。また第二しきい値以上であれば点火プラグ４０の電極摩耗により放電電圧が異常に高くなっていると判断できる。さらに第三しきい値以上であれば点火プラグ４０が絶縁破壊せずに失火していると判断できる。

このように実施の形態２において、電圧Ｖ１が所定値Ｖ１Ｌを上回る時間ｔ’を測定することにより、点火プラグ４０の状態を制御装置１０で判断することができ、この結果を、電流供給装置７０の動作許可や停止、許可するタイミングの判断に利用できる。また、点火プラグの状態を制御装置１０が外部の例えば警告等にて表示することにより運転手に警告し、さらには、ＥＣＵなどが制御している燃料噴射を止めて、未燃焼ガソリンが内燃機関外に放出されるのを防ぐこともできる。

本発明による高周波放電点火装置は、内燃機関を利用する自動車、二輪車、船外機、その他特殊機械などにも搭載され、燃料への着火を確実に行えるようになるので、内燃機関を効率よく運転できるようになり、燃料枯渇問題、環境保全に役立つものである。

なお、本発明は、本発明の範囲内において、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、省略したりすることが可能である。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１０制御装置、１１マイクロコンピュータ、１２点火プラグ状態検出装置、２０スイッチ素子、３０点火コイル装置、３１点火コイル部、３１ａ１次コイル、３１ｂ２次コイル、４０点火プラグ、５０電圧検出装置、
５１コンパレータ、５２，５３，５４，５５分圧抵抗、５６抵抗、６０コンデンサ、６１インダクタ、６２フィルタ、７０電流供給装置。

Claims

磁気結合された１次コイルと２次コイルを有する点火コイル部と、前記１次コイルの電流を通電し通電後遮断するスイッチ素子とを有し、前記スイッチ素子が通電状態になり、前記１次コイルに電流を流すことで磁束を発生、蓄積し、次に前記スイッチ素子が遮断状態になることで前記２次コイルに所定の高電圧が発生し、発生した所定の高電圧を、間隙を有する電極間に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火する点火プラグに供給することで、前記間隙に火花放電経路を形成させる点火コイル装置、
前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給する電流供給装置、
前記電流供給装置の前記高周波交流電流を出力する側に設けられ、前記高周波交流電流を通過させて前記高周波交流電流が前記点火プラグの電極間に供給されるのを許容すると共に、前記火花放電経路を形成させるための前記高電圧が前記電流供給装置へ印加されることを防止するためのフィルタ、
前記スイッチ素子が遮断状態になった後に発生する前記１次コイルの磁気誘導電圧が所定の電圧を超えている区間の信号を出力する電圧検出装置、および
前記電圧検出装置の出力を入力し前記電流供給装置を制御する制御装置、
を備え、
前記制御装置は、前記電圧検出装置の出力信号に応じて、前記点火プラグの間隙に火花放電経路が形成されたタイミングを判断し、
前記制御装置から制御される前記電流供給装置は、前記火花放電経路が形成されたタイミングから所定の設定時間を経過した後に、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給し、
前記制御装置は、前記点火プラグの放電電圧の判定結果に応じて前記点火プラグの異常状態を判定する点火プラグ状態判定装置を備え、前記点火プラグ状態判定装置は、前記点火プラグが異常状態であることを判定すると前記電流供給装置の動作を停止させる
ことを特徴とする高周波放電点火装置。
前記制御装置は、前記火花放電経路が形成されたタイミングから所定の設定時間を経過した後に、前記点火プラグの間隙に形成された火花放電経路に高周波交流電流を供給する前記電流供給装置を動作させて、前記火花放電経路に前記高周波交流電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の高周波放電点火装置。
前記設定時間は、運転状態に応じたマップ値であることを特徴とする請求項２に記載の高周波放電点火装置。
前記設定時間は、前記点火プラグの放電電圧の判定結果に応じて決定することを特徴とする請求項２に記載の高周波放電点火装置。