JP6387658B2

JP6387658B2 - 点火装置

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Publication number: JP6387658B2
Application number: JP2014080653A
Authority: JP
Inventors: 金千代寺田; 覚中山; 悠男為井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: JP2015200253A

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）に用いられる点火装置に関する。

点火装置として、２つの点火コイルから交互に点火プラグに電気エネルギーを与える技術が公知である（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、車載バッテリから一方の点火コイルの１次コイルへの通電をオンオフする第１スイッチング手段と、車載バッテリから他方の点火コイルの１次コイルへの通電をオンオフする第２スイッチング手段とを備える。そして、第１、第２スイッチング手段によるフルトラ作動を交互に繰り返す。これにより、放電途切れのない安定した放電状態を維持することができるとされている。

（問題点）
しかし、特許文献１の技術によれば、図４に示すように、放電終了時（ｔ１３）に両方の１次コイルへの通電がオフするため、両方の１次コイルの電流Ｉａ１、Ｉｂ１の遮断による電磁誘導に伴うそれぞれの２次コイルに発生する２次電流Ｉａ２、Ｉｂ２が重なり合って、点火プラグに過大な放電電流Ｉ２（＝Ｉａ２＋Ｉｂ２）が発生する。このため、特許文献１の技術によれば、点火プラグにおいて電極へのダメージが大きくなり、電極の消耗が早まる虞が高い。

特開２０１２−０４１９１２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つの点火コイルから交互に点火プラグに電気エネルギーを与える点火装置において、放電終了時に点火プラグに過大な放電電流が発生するのを防止することにある。

本発明の内燃機関用の点火装置は、２つの点火コイルから交互に点火プラグに電気エネルギーを与えて火花放電を発生させる。より具体的には、２つの点火コイルのそれぞれの２次コイルに交互に同一方向の２次電流を流すことで点火プラグに火花放電を発生、継続させている。また、点火装置は、以下の第１、第２スイッチング手段と制御手段とを備える。
第１スイッチング手段は、車載バッテリから一方の点火コイルの１次コイルへの通電をオンオフする。また、第２スイッチング手段は、車載バッテリから他方の点火コイルの１次コイルへの通電をオンオフする。さらに、制御手段は、第１、第２スイッチング手段に制御信号を与えて点火プラグにおける火花放電を制御する。

また、制御手段は、以下の第１、第２通電モードを有する。また、第１通電モードは、第１、第２スイッチング手段に交互にオンを繰り返させる。第２通電モードは、第１、第２スイッチング手段のオン期間が第１通電モードにおけるオン期間よりも短く設定され、第１、第２スイッチング手段に交互にオンを繰り返させる。そして、制御手段は、火花放電を継続させる放電維持時間に第１通電モードを実行し、第１通電モードの実行後、第２通電モードを引き続き実行し、それぞれの１次コイルに流れる電流を間欠的に漸減させることでそれぞれの２次コイルに流れる電流を間欠的に漸減させ、それぞれの２次コイルに流れる電流の合算である放電電流を第１通電モードにおける放電電流から漸減させる。

これにより、第１通電モードの実行によって、内燃機関の要求に応じた火花放電を行った後、第２通電モードの実行によって、より短いオン期間で交互に第１、第２スイッチング手段をオンすることで放電電流を漸減させることができる。
このため、２つの点火コイルから交互に点火プラグに電気エネルギーを与える点火装置において、放電終了時に点火プラグに過大な放電電流が発生するのを防止することができる。

内燃機関用点火装置の概略構成図である（実施例）。内燃機関用点火装置の作動を説明するためのタイムチャートである（実施例）。内燃機関用点火装置の第１、第２通電モード実行のフローチャートである（実施例）。内燃機関用点火装置のタイムチャートである（従来例）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。

図１は、この発明の内燃機関用点火装置（以下、点火装置と呼ぶ。）の概略構成を示す図である。
点火装置１は、車両走行用の火花点火エンジンに搭載されるものであり、所定の点火時期に燃焼室内の混合気に点火するものである。なお、エンジンの一例は、ガソリンを燃料とする希薄燃焼（リーンバーン）が可能な直噴式エンジンであり、気筒内にタンブル流やスワール流等の混合気の旋回流を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。そして、リーンバーンのように気筒内のガス流速が高く火花放電の吹き消え発生の可能性がある運転状態においても点火装置１は、放電途切れのない安定した放電状態を維持するように制御されている。

また、点火装置１は、ＤＩ（ダイレクト・イグニッション）タイプであり、２つの点火コイル２ａ、２ｂから交互に各気筒の１つの点火プラグ４に電気エネルギーを与え火花放電を発生させるものである。

２つの点火コイル２ａ、２ｂについて、より具体的に説明する。
点火コイル２ａ、２ｂの１次側では、１次コイル５ａ、５ｂの一方の端子はともにＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータ７を介して車載バッテリ８のプラス側に接続されている。
なお、車載バッテリ８のマイナス側は接地されている。

そして、１次コイル５ａの他方の端子をスイッチング素子１０ａのコレクタ端子に接続し、１次コイル５ｂの他方の端子をスイッチング素子１０ｂのコレクタ端子に接続する。スイッチング素子１０ａ、１０ｂのそれぞれのエミッタ端子はともに接地されている。
このため、スイッチング素子１０ａ、１０ｂは、それぞれ車載バッテリ８からそれぞれの点火コイル２ａ、２ｂの１次コイル５ａ、５ｂへの通電をオンオフする第１スイッチング手段および第２スイッチング手段となっている。

一方、点火コイル２ａ、２ｂの２次側では、１次コイル５ａ、５ｂと同様に、２次コイル１５ａ、１５ｂの一方の端子はともにＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータ７を介して車載バッテリ８のプラス側に接続している。そして、２次コイル１５ａの他方の端子をダイオード１７ａのカソード端子に、２次コイル１５ｂの他方の端子をダイオード１７ｂのカソード端子にそれぞれ接続している。
そして、ダイオード１７ａのアノード端子とダイオード１７ｂのアノード端子とを接続して点火プラグ４の一方側の電極に接続している。
なお、点火プラグ４の他方側の電極は接地している。

そして、点火プラグ４における火花放電を制御する制御手段としてＥＣＵ２０が設けられている。
ＥＣＵ２０は、車両に搭載されてエンジンの運転状態等を示すパラメータ（暖機状態、エンジン回転速度、エンジン負荷、希薄燃焼の有無、旋回流の程度等）を検出する各種センサから信号が入力される。

また、ＥＣＵ２０は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき内燃機関の制御に関する制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、エンジン制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種メモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき、内燃機関制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えた一般的な構成である。
そして、ＥＣＵ２０は、各種センサから取得したエンジンパラメータに応じた点火信号を生成して出力する。

より具体的には、ＥＣＵ２０は通電指示部２０ａからスイッチング素子１０ａ、１０ｂに制御信号である点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂを与えスイッチング素子１０ａ、１０ｂそれぞれをオン状態にしたりオフ状態にしたりすることで１次コイル５ａ、５ｂに１次電流Ｉａ１、Ｉｂ１を流したり遮断したりする。

なお、実施例では、図２に示すように、スイッチング素子１０ａ、１０ｂはそれぞれ、点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂがハイレベルにある時に１次コイル５ａ、５ｂに１次電流Ｉａ１、Ｉｂ１が流れ、ローレベルにある時に１次電流Ｉａ１、Ｉｂ１を遮断するように動作している。

なお、１次電流Ｉａ１が遮断されることで点火コイル２ａの２次コイル１５ａに高電圧が発生し、点火プラグ４において放電が形成され、２次電流Ｉａ２が流れる。
同様に、１次電流Ｉｂ１が遮断されることで点火コイル２ｂの２次コイル１５ｂに高電圧が発生し、２次電流Ｉｂ２が流れることで点火プラグ４において放電が維持される。
ここで、点火プラグ４に発生する放電電流Ｉ２は、それぞれ点火コイル２ａ、２ｂの２次電流Ｉａ２とＩｂ２の合算であり、Ｉ２＝Ｉａ２＋Ｉｂ２の関係がある。

ここで、Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂは、図２に示すように一方がハイレベルにある時は他方がローレベルになるように設定されており、スイッチング素子１０ａ、１０ｂを交互にオン・オフとすることにより、１次コイル５ａ、５ｂへの通電と点火を交互に行い火花放電を継続させている。

そして、１次コイル５ａ、５ｂへの交互の通電は、図２に示すように、ＥＣＵ２０の有する２つの通電モードである第１通電モードと第２通電モードによって実現されている。
第１通電モードは、エンジンの運転状態に応じて実行されるオン期間が設定されるものであり、従来から一般的に行われている通電モードである。
第２通電モードは、スイッチング素子１０ａ、１０ｂのオン期間が第１通電モードにおけるオン期間よりも短く設定され、スイッチング素子１０ａ、１０ｂに交互にオンを繰り返させる通電モードである。
そして、第２通電モードは第１通電モード実行後に引き続いて実行される。

なお、図１に示すように、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ２０の維持時間算出部２０ｂにより放電維持時間が算出される。そして、この放電維持時間からＥＣＵ２０のオン期間算出部２０ｃにより第１通電モードのオン期間が算出されるとともに、この第１通電モードのオン期間から第２通電モードのオン期間が設定される。
なお、第１通電モードと第２通電モードの切り替えは、経過判定部２０ｄの判定により行われる。
そして、設定された第１通電モードのオン期間および第２通電モードのオン期間に基づき通電指示部２０ａからスイッチング素子１０ａ、１０ｂに点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂが与えられる。

より具体的には、例えば、図２に示すようにエンジンの運転状態に応じて設定された放電維持時間を１３等分し、それぞれの期間を交互にスイッチング素子１０ａ、１０ｂのオン期間とする。そして、これらの各オン期間が第１通電モードのオン期間となる。
そして、第２通電モードは、スイッチング素子１０ａ、１０ｂのオン期間が第１通電モードにおけるオン期間よりも短く設定される。

ここで、ＥＣＵ２０の有する第１、第２通電モード実行の具体的処理手順の一例を図３のフロー図を用いて説明する。
先ず、Ｓ１００では、ＥＣＵ２０において、２つの点火コイル２ａ、２ｂから交互に点火プラグ４に電気エネルギーを与える交互通電の要否を判定する。
交互通電が必要である場合にはＳ１１０へ移行する。
なお、交互通電の必要がない場合は、交互通電の必要が生じるまで、Ｓ１００の判定が繰り返される。

Ｓ１１０では、内燃機関の運転状態に基づいて維持時間算出部２０ｂにより放電維持時間が設定されＳ１２０へと移行する。
Ｓ１２０では、Ｓ１１０で設定された放電維持時間に基づいてオン期間算出部２０ｃにより第１通電モードにおけるオン期間が設定されＳ１３０へと移行する。
Ｓ１３０では、オン期間算出部２０ｃにより第２通電モードにおけるオン期間が設定される。ここで、第２通電モードにおけるオン期間は第１通電モードにおけるオン期間より短くなるように設定されている。

次いで、Ｓ１４０において点火実施タイミングであるか否かが判定される。
点火実施タイミングである場合にはＳ１５０へ移行する。
なお、点火実施タイミングでない場合は、点火実施タイミングまで、Ｓ１４０の判定が繰り返される。

Ｓ１５０では、通電指示部２０ａからスイッチング素子１０ａ、１０ｂに点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂを与える第１通電モードを実行し、Ｓ１６０へ移行する。
Ｓ１６０では、放電維持時間が経過しているか否かが経過判定部２０ｄによって判定される。
放電維持時間が経過している場合にはＳ１７０へ移行する。
なお、放電維持時間が経過していない場合は、放電維持時間が経過するまで第１通電モードを実施し、Ｓ１６０の判定が繰り返される。

Ｓ１７０では、通電指示部２０ａからスイッチング素子１０ａ、１０ｂに点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂを与える第２通電モードを実行する。
なお、第２通電モードの実行期間はＥＣＵ２０により所定の期間が設定されている。

〔実施例の効果〕
実施例の点火装置１は、ＥＣＵ２０を備え、ＥＣＵ２０は、スイッチング素子１０ａ、１０ｂに制御信号を与えて点火プラグ４における火花放電を制御する。
そして、ＥＣＵ２０は、以下の第１、第２通電モードを有する。

第１通電モードは、スイッチング素子１０ａ、１０ｂに交互にオンを繰り返させる。
第２通電モードは、スイッチング素子１０ａ、１０ｂのオン期間が第１通電モードにおけるオン期間よりも短く設定され、スイッチング素子１０ａ、１０ｂに交互にオンを繰り返させる。
そして、ＥＣＵ２０は、第１通電モードを実行し、第１通電モードの実行後、第２通電モードを引き続き実行する。

これにより、第１通電モードの実行によって、内燃機関の要求に応じた火花放電を行った後、第２通電モードの実行によって、より短いオン期間で交互にスイッチング素子１０ａ、１０ｂをオンすることでＩａ２、Ｉｂ２をともに第２通電モード区間で間欠的に漸減させ、両者の合算である放電電流Ｉ２を漸減させることができる。
このため、２つの点火コイル２ａ、２ｂから交互に点火プラグ４に電気エネルギーを与える点火装置１において、放電終了時に２つの点火コイル２ａ、２ｂが同時にオフする時の１次電流Ｉａ１、Ｉｂ１を減らすことで、２次電流Ｉａ２、Ｉｂ２を少なくでき、点火プラグ４に過大な放電電流が発生するのを防止することができる。

〔変形例〕
本実施例では、第２通電モードにおいて、点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂは、一方がハイレベルにある時は他方がローレベルになるとともにそれぞれ交互にハイレベルとローレベルとを繰り返しており、すべてのハイレベルにある期間とローレベルにある期間が等しくなっていたがこの態様にこだわるものではない。
第２通電モードにおけるオン期間は第１通電モードにおけるオン期間より短くなっていればよく、例えば、それぞれの点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂにおいて、ハイレベルにある期間が徐々に少なくなるように第２通電モードのオン期間を設定してもよい。さらに、ハイレベルにある期間をステップ状に減少させるものであってもよい。なお、これらの場合、点火信号Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂのローレベルにある期間が重なっていてもよい。

本実施例では、ガソリンエンジンに本発明の点火装置１を用いる例を示したが、エタノール燃料や混合燃料を用いるエンジンに適用してもよい。
また、本実施例では、希薄燃料（リーンバーン）運転が可能なエンジンに本発明の点火装置１を用いる例を示したが、希薄燃焼可能なエンジンへの適用に限定するものではなく、希薄燃焼を行わないエンジンに用いてもよい。

また、本実施例では、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式エンジンに本発明の点火装置１を用いる例を示したが、吸気バルブの吸気上流側（吸気ポート内）に燃料を噴射するポート噴射式のエンジンに用いてもよい。
さらに、本実施例では、混合気の旋回流（タンブル流やスワロール流等）を気筒内にて積極的に生じさせるエンジンに本発明の点火装置１を用いる例を開示したが、旋回流コントロール手段（タンブル流コントロールバルブやスワロール流コントロールバルブ等）を有しないエンジンに用いてもよい。

また、本実施例では、ＤＩタイプの点火装置１に本発明を適用したが、２次電圧を各点火プラグ４に分配供給するディストリビュータタイプや、２次電圧の分配の必要性のない単気筒エンジン（例えば、自動２輪車等）の点火装置１に本発明を適用してもよい。

１点火装置２ａ、２ｂ点火コイル４点火プラグ５ａ、５ｂ１次コイル
１０ａスイッチング素子（第１スイッチング手段）
１０ｂスイッチング素子（第２スイッチング手段）
２０ＥＣＵ（制御手段）Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂ点火信号（制御信号）

Claims

２つの点火コイル（２ａ、２ｂ）のそれぞれの２次コイル（１５ａ、１５ｂ）に交互に同一方向の２次電流を流すことで点火プラグ（４）に火花放電を発生、継続させる内燃機関用の点火装置（１）において、
車載バッテリ（８）から一方の点火コイル（２ａ）の１次コイル（５ａ）への通電をオンオフする第１スイッチング手段（１０ａ）と、
前記車載バッテリ（８）から他方の点火コイル（２ｂ）の１次コイル（５ｂ）への通電をオンオフする第２スイッチング手段（１０ｂ）と、
前記第１、第２スイッチング手段（１０ａ、１０ｂ）に制御信号（Ｓｉｇａ、Ｓｉｇｂ）を与えて前記点火プラグ（４）における火花放電を制御する制御手段（２０）とを備え、
この制御手段（２０）は、
前記第１、第２スイッチング手段（１０ａ、１０ｂ）に交互にオンを繰り返させる第１通電モードと、
前記第１、第２スイッチング手段（１０ａ、１０ｂ）のオン期間が前記第１通電モードにおけるオン期間よりも短く設定され、前記第１、第２スイッチング手段（１０ａ、１０ｂ）に交互にオンを繰り返させる第２通電モードとを有し、
火花放電を継続させる放電維持時間に前記第１通電モードを実行し、前記第１通電モードの実行後、前記第２通電モードを引き続き実行することで、前記それぞれの１次コイル（５ａ、５ｂ）に流れる電流を間欠的に漸減させることで前記それぞれの２次コイル（１５ａ、１５ｂ）に流れる電流を間欠的に漸減させ、前記それぞれの２次コイル（１５ａ、１５ｂ）に流れる電流の合算である放電電流を前記第１通電モードにおける前記放電電流から漸減させることを特徴とする点火装置（１）。