JP6467849B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
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Description
2つの点火コイルを交互に作動させて点火プラグに生じた火花放電の継続動作を行う点火装置として、特許文献1に開示される技術が知られている。
特許文献1に開示される点火装置を図7、図8に基づき説明する。なお、図7、図8に用いる符合は、後述する「実施例」と同一機能物に同一符合を付したものである。
・対を成す第1、第2点火コイル4_1、4_2と、
・車載バッテリ6から第1、第2一次コイル4a_1、4a_2へ印加する電圧を昇圧する昇圧回路7と、
・第1、第2一次コイル4a_1、4a_2の通電状態を切り替える第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2と、
を備える。
そして、第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2は、ECU2(エンジン・コントロール・ユニット)によってON−OFF制御される。
作動は、先ず、第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2の一方のON−OFF作動により点火プラグ3に火花放電(主点火)を生じさせる。続いて、主点火による火花放電中に、第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2を交互に切り替えることで第1、第2点火コイル4_1、4_2を交互に作動させる。この動作により、主点火と同一方向の放電電流を点火プラグ3に継続して流して火花放電の継続動作を行う。
しかし、従来技術は、「1つの点火プラグ3」に対して「2つの点火コイル(第1、第2点火コイル4_1、4_2)」を必要とする。即ち、一般的な点火装置に比較して、点火コイルの使用数が2倍になる。
点火コイルは、体格を小さくすることが困難であるため、点火コイルの使用数が2倍になることで、車両搭載性の悪化を招いてしまう。
搭載性悪化の具体的な一例を示すと、点火コイルをエンジン1に直接搭載する場合、図8に示すように、各点火プラグ3のそれぞれに第1、第2点火コイル4_1、4_2を搭載する必要があり、現実には体格アップにより点火コイルをエンジン1へ直接搭載することができない。
さらに、点火コイルは、比較的部品コストが高いため、点火コイルの使用数が2倍に増えることで、点火装置のコストアップを招いてしまう。
このように、点火コイルの使用数を1/2に減らすことができるため、「DCO点火方式による火花放電の継続作動が可能な点火装置」の搭載性を向上できるとともに、軽量化が可能になり、さらに低コスト化が可能になる。
図1〜図4を参照して実施例1を説明する。
この実施例の点火装置は、車両走行用の火花点火エンジンに用いられるものであり、燃焼室内の混合気に点火を行うものである。
なお、エンジン1の具体的な一例を開示すると(もちろん、限定するものではない)、この実施例のエンジン1は、ガソリンを燃料とする希薄燃焼(リーンバーン燃焼)が可能な直噴式エンジンであり、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジン吸気側へ戻すEGR装置を搭載し、さらに気筒内に混合気の旋回流(タンブル流やスワール流等)を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。
即ち、この実施例のエンジン1は、混合気の着火性が低下する運転領域が存在するものである。
具体的に、点火装置は、
・各気筒毎に用いられる点火プラグ(後述する第1、第2点火プラグ3_1、3_2)と、
・点火プラグと同数の点火コイル(後述する第1、第2点火コイル4_1、4_2)と、
・各点火コイルの作動状態を制御する点火用スイッチ(後述する第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2)と、
・車載バッテリ6から供給されるバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路7(図中、DC−DC昇圧)と、
を備えて構成される。
ペアリングは、図3に示すように、圧縮行程の点火プラグと、排気行程の点火プラグとで成される。ペアリングされた一対の点火プラグを第1、第2点火プラグ3_1、3_2と称する。
第1点火コイル4_1の一次コイル及び二次コイルを、第1一次コイル4a_1及び第1二次コイル4b_1と称する。
第2点火コイル4_2の一次コイル及び二次コイルを、第2一次コイル4a_2及び第2二次コイル4b_2と称する。
昇圧回路7の具体的な構成は限定するものでなく、車載バッテリ6が出力するバッテリ電圧(例えば、12V)を、バッテリ電圧より高い電圧(例えば、40〜50Vなど)に昇圧するDC/DCコンバータである。
・バッテリ電圧が印加されるチョークコイルと、
・このチョークコイルの通電状態を断続する昇圧用スイッチ(例えば、MOS型FET、パワートランジスタ等)と、
・この昇圧用スイッチを繰り返しON−OFFさせる昇圧用発振回路と、
・チョークコイルの断続によって昇圧させた電気エネルギを平滑化して蓄える蓄電手段(コンデンサ等)と、
・蓄電手段に蓄えた電気エネルギがチョークコイル側へ逆流するのを防ぐダイオードと、を備えて構成される。
なお、昇圧回路7は、ECU2から指示信号を受けると一定の出力電圧を発生するものであっても良いし、車両の運転状態に応じた指示信号を受けると出力電圧が可変するものであっても良い。
第1、第2点火コイル4_1、4_2は、それぞれ基本構造が周知なものであり、第1点火コイル4_1と第2点火コイル4_2は基本構成が同じに設けられている。即ち、第1一次コイル4a_1と第2一次コイル4a_2は同じ巻数であり、第1二次コイル4b_1と第2二次コイル4b_2も同じ巻数に設けられる(一例であり、限定しない)。もちろん、第1、第2一次コイル4a_1、4a_2の巻数より、第1、第2二次コイル4b_1、4b_2の巻数が多いものである。
第1一次コイル4a_1のマイナス側(図1の下側)は、第1点火用スイッチ5_1と第1電流検出抵抗8_1を介してアース接地される。
第2一次コイル4a_2のマイナス側(図1の下側)は、第2点火用スイッチ5_2と第2電流検出抵抗8_2を介してアース接地される。
このため、第1二次コイル4b_1の一端と第1結合部αの間には、電流を第1点火プラグ3_1から第1二次コイル4b_1の一端側へ向かってのみ電流を流す第1ダイオード9_1が設けられる。また、第2二次コイル4b_2の一端と第1結合部αの間にも、電流を第1点火プラグ3_1から第2二次コイル4b_2の一端側へ向かってのみ電流を流す第2ダイオード9_2が設けられる。
第2点火用スイッチ5_2は、ECU2から与えられる第2点火信号IGT_2によりON−OFF制御される。
続いて、ECU2が第1点火信号IGtを停止(ロー信号)すると、第1点火用スイッチ5_1がOFFする。これにより、第1一次電流i1_1が切断されて、第1二次コイル4b_1に高電圧が発生するとともに、第1二次コイル4b_1の一端側から他端側へ向けて二次電流i2が流れる。
続いて、ECU2が第2点火信号IGtを停止(ロー信号)すると、第2点火用スイッチ5_2がOFFする。これにより、第2一次電流i1_2が切断されて、第2二次コイル4b_2に高電圧が発生するとともに、第2二次コイル4b_2の一端側から他端側へ向けて二次電流i2が流れる。
このことをさらに具体的に説明すると、点火順序が第1気筒→第3気筒→第4気筒→第2気筒の4気筒エンジンの場合、第1気筒と第4気筒が同時に点火動作するように設けられるとともに、第2気筒と第3気筒が同時に点火動作するように設けられる。
具体的な電流コントローラの一例は、第1一次コイル4a_1を流れる第1一次電流i1_1と、第2一次コイル4a_2を流れる第2一次電流i1_2とを、第1、第2電流検出抵抗8_1、8_2を用いてモニターし、モニターした第1、第2一次電流i1_1、i1_2が所定の目標範囲を維持するように、昇圧回路7と第1、第2点火用スイッチ5_1、5_2をフィードバック制御するものである。
また、フィードバック制御あるいはオープンループ制御を行う際における第1、第2一次電流i1_1、i1_2の目標値は、一定であっても良いし、エンジン1の運転状態に応じて変更するものであっても良い。
(a)第1、第2点火プラグ3_1、3_2の一方が着火タイミングになる直前に、ECU2から第1点火信号IGT_1が出力(ハイ信号)され、第1点火信号IGT_1の出力期間に亘って第1点火用スイッチ5_1がONされる。
そして、二次電流i2が所定の下限電流値(火花放電を維持するための電流値)に低下する前に、第2点火用スイッチ5_2をOFFする(この時、第1点火用スイッチ5_1がONされる)。すると、第2一次コイル4a_2の通電状態が遮断され、第2一次電流i1_2が停止すると同時に、二次電流i2が増大し、第1、第2点火プラグ3_1、3_2の火花放電が継続される。
そして、二次電流i2が所定の下限電流値に低下する前に、第1点火用スイッチ5_1をOFFする(この時、第2点火用スイッチ5_2がONされる)。すると、第1一次コイル4a_1の通電状態が遮断され、第1一次電流i1_1が停止すると同時に、二次電流i2が増大し、第1、第2点火プラグ3_1、3_2の火花放電が継続される。
第1、第2点火コイル4_1、4_2の搭載箇所は限定するものではないが、具体的な一例としてこの実施例ではエンジン1のシリンダヘッドに直接搭載される。
ここで、エンジン1のシリンダヘッドに形成されたプラグホールに挿入されて、第1点火プラグ3_1に結合される結合部材を第1ジョイント10_1と称し、第2点火プラグ3_2に結合される結合部材を第2ジョイント10_2と称する。
このため、図2に示すように、4気筒エンジンの場合には、2組の第1、第2点火コイル4_1、4_2がエンジン1に直接搭載される。
具体的に、第1ジョイント10_1の頂部には、第1、第2点火コイル4_1、4_2を収容するコイルケース11が一体的に設けられるものであり、このコイルケース11の内部に上述した第1、第2結合部α、βが設けられる。
一方、第2ジョイント10_2の下端には、第2点火プラグ3_2の端子電極に電気的に結合されるコネクタが設けられており、このコネクタはコイルケース11内の第2結合部βと外部接続配線12(プラス放電用の高圧電線)を介して電気的に接続される。
実施例1の点火装置は、上述したように、第1、第2点火コイル4_1、4_2を交互に作動させて火花放電の継続動作を行うDCO方式を採用するものであるが「2つの点火コイル(第1、第2点火コイル4_1、4_2)」を用いて「2つの点火プラグ(第1、第2点火プラグ3_1、3_2:「圧縮行程の点火プラグ」と「排気行程の点火プラグ」)」に火花放電の継続動作を行なわせるものであるため、従来技術のDCO点火方式に比較して、点火コイルの使用数を1/2に減らすことができる。
(i)具体的に従来技術のDCO点火方式の場合、図8に示すように、点火プラグの2倍の数の点火コイルをエンジン1に搭載する必要がある。このため、4気筒エンジンの場合には、8個の点火コイル(4組の第1、第2点火コイル4_1、4_2)をエンジン1のシリンダヘッドへ搭載する必要があり、エンジン1への搭載が困難になっていた。
(ii)これに対し、この実施例の点火装置は、点火プラグと同数の点火コイルをエンジン1に搭載する。このため、4気筒エンジンの場合には、図2に示すように、4個の点火コイル(2組の第1、第2点火コイル4_1、4_2)をエンジン1のシリンダヘッドへ搭載すれば良く、エンジン1への直接搭載が可能になる。
図5、図6を参照して参考例を説明する。なお、参考例において上記実施例1と同一符合は同一機能物を示すものである。
この参考例は、第1点火コイル4_1を第1ジョイント10_1に設け、第2点火コイル4_2を第2ジョイント10_2に設けるものである。
同様に、第2ジョイント10_2の頂部には、第2点火コイル4_2を収容する第2コイルケース11_2が一体的に設けられ、この第2コイルケース11_2の内部に上述した第2結合部βが設けられる。
また、第2ジョイント10_2の下端には、第2点火プラグ3_2の端子電極に電気的に結合されるコネクタが設けられており、このコネクタは第2コイルケース11_2内の第2結合部βと電気的に接続される。
−放電配線13は、第1コイルケース11_1内に収容される第1二次コイル4b_1の一端と、第2コイルケース11_2内に収容される第2二次コイル4b_2の一端とを電気的に結合する外部配線である。
また、+放電配線14は、第1コイルケース11_1内に収容される第1二次コイル4b_1の他端と、第2コイルケース11_2内に収容される第2二次コイル4b_2の他端とを電気的に結合する外部配線である。
同様に、着火性が低下するエンジン低温時に火花放電の継続動作を実施して、エンジン低温時における着火性の向上を図っても良い。
Claims (1)
- 内燃機関の気筒ごとに搭載される点火プラグ(3_1、3_2)と、
一次コイル(4a_1、4a_2)および二次コイル(4b_1、4b_2)を有し、この二次コイルが前記点火プラグに電気的に結線される点火コイル(4_1、4_2)と、
前記一次コイル(4a_1、4a_2)への通電をオンオフする点火スイッチ(5_1、5_2)と、
前記内燃機関の気筒ごとに搭載され、それぞれの気筒において前記点火プラグに結合されるジョイント(10_1、10_2)とを備え、
前記気筒には、圧縮行程と排気工程とが重なる組合せが存在し、
この組み合わせをなす2つの気筒の内、一方の気筒に搭載される点火プラグを第1点火プラグ(3_1)、他方の気筒に搭載される点火プラグを第2点火プラグ(3_2)とすると、
前記第1点火プラグおよび前記第2点火プラグに点火するために、2つの点火コイルおよび2つの点火スイッチが装備され、
2つの点火コイルの内、一方の点火コイルを第1点火コイル(4_1)、他方の点火コイルを第2点火コイル(4_2)とし、
前記第1点火コイルの一次コイルを第1一次コイル(4a_1)、二次コイルを第1二次コイル(4b_1)とし、
前記第2点火コイルの一次コイルを第2一次コイル(4a_2)、二次コイルを第2二次コイル(4b_2)とし、
2つの点火スイッチの内、前記第1一次コイルへの通電をオンオフする点火スイッチを第1点火スイッチ(5_1)、前記第2一次コイルへの通電をオンオフする点火スイッチを第2点火スイッチ(5_2)とすると、
前記第1二次コイルの一端と前記第2二次コイルの一端とは、第1結合部(α)を介して電気的に結線されており、この第1結合部αが前記第1点火プラグの中心電極側に電気的に接続され、
前記第1二次コイルの他端と前記第2二次コイルの他端とは、第2結合部(β)を介して電気的に結線されており、この第2結合部βが前記第2点火プラグの中心電極側に電気的に接続され、
前記第1一次コイルへの通電のオンオフにより前記第1点火プラグ、前記第1結合部、前記第1二次コイル、前記第2結合部および前記第2点火プラグを通る経路に対し電圧を印加される状態と、前記第2一次コイルへの通電のオンオフにより前記第1点火プラグ、前記第1結合部、前記第2二次コイル、前記第2結合部および前記第2点火プラグを通る経路に対し電圧を印加される状態とを交互に繰り返し、
前記第1一次コイルへの通電のオンオフにより前記第1点火プラグに印加される電圧の極性と、前記第2一次コイルへの通電のオンオフにより前記第1点火プラグに印加される電圧の極性とは同じであり、
前記第1一次コイルへの通電のオンオフにより前記第2点火プラグに印加される電圧の極性と、前記第2一次コイルへの通電のオンオフにより前記第2点火プラグに印加される電圧の極性とは同じであり、
前記第1点火コイルおよび前記第2点火コイルの1組の組合せを、前記ジョイントの内、前記第1点火プラグに結合される第1ジョイント(10_1)に設けることで、前記組合せに含まれる前記第1二次コイルおよび前記第2二次コイルが前記第1点火プラグに電気的に接続され、
さらに、前記組合せに含まれる前記第1二次コイルおよび前記第2二次コイルは、別途、前記第2点火プラグに結合される第2ジョイント(10_2)に電気的に接続されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。
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