JP6493573B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
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Description
なお、以下では、エネルギ投入回路により継続させる火花放電(主点火に続く火花放電)を継続火花放電と称する。
次に、本発明の理解補助の目的で、本発明を適用していないエネルギ投入回路の代表例を図7に基づき説明する(上述したように、周知技術ではない)。なお、図7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。
エネルギ投入回路6は、
・車載バッテリ9の電圧を昇圧してエネルギ投入用コンデンサ14に蓄える昇圧回路15と、
・1次コイル3のマイナス側に投入する電気エネルギーをコントロールする投入エネルギー制御手段16と、
を備えて構成される。
エネルギ投入回路6は、火花放電の継続中に2次電流を同一方向に流すために、エネルギ投入用コンデンサ14に蓄えた電気エネルギーを1次コイル3のマイナス側からバッテリ電圧供給ラインαに向けて流す必要がある。即ち、1次コイル3の全ターンを介して電気エネルギーの投入を行う必要がある。1次コイル3の全ターンに電気エネルギーを投入すると、1次コイル3の負荷抵抗により点火コイル2が大きく発熱する。その結果、発熱限界L(符号、図2参照)によって1次コイル3に投入できる電気エネルギー量(電圧×電流×時間)が制限されてしまう。
具体的には、図2の実線A’に示すように、放電継続期間中に1次コイル3へ投入できる電気エネルギーが制限されてしまい、図2の実線B’に示すように、1次電流が制限される不具合がある。
一方、本発明に関連する技術として、「1次コイルと2次コイルの巻線比」を切り替える技術が知られている(特許文献1参照)。
特許文献1に開示される技術は、1次コイルの途中に中間タップを設け、
・「1次コイルの一端から他端まで(即ち、1次コイルの全ターン)」の通電を行う状態(巻線比の小さい状態)と、
・「中間タップから1次コイルの他端まで」の通電を行う状態(巻線比の大きい状態)と、
を切り替えるものである。
その結果、特許文献1の技術は、主点火に続く放電継続期間中に、火花放電が2次電流の交番によって途切れ易くなり、気筒内に生じる旋回流等によって火花放電の吹き消えが発生し易くなる。
継続火花放電時に1次コイルの巻線の一部のみに電気エネルギーの投入を行うことで、エネルギー投入時の負荷抵抗が小さくなる。このため、エネルギー投入に伴う点火コイルの発熱が減り、1次コイルに投入できる電気エネルギー量(電圧×電流×時間)を増加させることができる。これによって、継続火花放電における2次電流の増加(火花放電の強化)が可能になる。
具体的な一例として、昇圧回路の負担を軽減する場合は、昇圧に伴う発熱量を少なくできるとともに、昇圧回路の小型化やコストダウンが可能になる。
図1〜図3を参照して実施例1を説明する。
この実施例1における点火装置は、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、所定の点火タイミング(点火時期)で燃焼室内の混合気に着火(点火)を行うものである。なお、エンジンの一例は、ガソリンを燃料とする希薄燃焼(リーンバーン燃焼)が可能な直噴式エンジンであり、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。
この点火装置は、エンジン制御の中枢を成すECU(エンジン・コントロール・ユニットの略)から与えられる指示信号(点火信号IGt及び放電継続信号IGw)に基づいて点火コイル2の1次コイル3を通電制御するものであり、1次コイル3を通電制御することで点火コイル2の2次コイル4に生じる電気エネルギーをコントロールして、点火プラグ1の火花放電をコントロールする。
・各気筒毎に搭載される点火プラグ1と、
・各点火プラグ1毎に搭載される点火コイル2と、
・フルトラ作動を行う主点火回路5と、
・継続火花放電を行うエネルギ投入回路6と、
を備えて構成される。
1次コイル3の他端は、点火コイル2の接地側端子10に接続されるものであり、この接地側端子10は、主点火回路5の点火用スイッチング手段11(パワートランジスタ、MOS型トランジスタ等)を介してアース接地される。
2次コイル4の他端は、バッテリ電圧供給ラインαまたはアース接地される。具体的な一例として、この実施例1の2次コイル4の他端は、1次コイル3の通電時に発生する不要な電圧を抑制するための第1ダイオード13を介してプラス端子8に接続される。
・ECUから点火信号IGtが与えられる期間に亘って車載バッテリ9の電圧を昇圧してエネルギ投入用コンデンサ14に蓄えさせる昇圧回路15と、
・エネルギ投入用コンデンサ14に蓄えた電気エネルギーを1次コイル3のマイナス側に投入する投入エネルギー制御手段16と、
を備えて構成される。
・一端がバッテリ電圧供給ラインαに接続されたチョークコイル17と、
・このチョークコイル17の通電状態を断続する昇圧用スイッチング手段18(MOS型トランジスタ等)と、
・この昇圧用スイッチング手段18を繰り返しON−OFFさせる昇圧用ドライバ回路19と、
・昇圧用スイッチング手段18のON−OFF作動によりチョークコイル17で蓄えた電気エネルギーを充電するエネルギ投入用コンデンサ14と、
・エネルギ投入用コンデンサ14に蓄えた電気エネルギーがチョークコイル17側へ逆流するのを防ぐ第2ダイオード20と、
を備えて構成される。
・エネルギ投入用コンデンサ14に蓄えた電気エネルギーを1次コイル3の中間タップTに投入するエネルギー投入ラインβをON−OFFするエネルギ投入用スイッチング手段21(MOS型トランジスタ等)と、
・このエネルギ投入用スイッチング手段21のON−OFF作動を制御するエネルギ投入用ドライバ回路22と、
・1次コイル3からエネルギ投入用コンデンサ14への電流の逆流を阻止する第3ダイオード23と、
を備えて構成される。
次に、図2を参照して実施例の作動を説明する。
なお、図2中において、「IGt」は点火信号IGtのハイ/ロー信号、「IGw」は放電継続信号IGwのハイ/ロー信号、「I1」は1次電流(1次コイル3に流れる電流値)、「P」はエネルギ投入用コンデンサ14から1次コイル3に投入される電気エネルギー(投入エネルギー)である。
また、図2中の実線Aは「第1巻線3aのみ」にエネルギー投入した際の電気エネルギー(巻線比が大きい時の電気エネルギー)の変化を示し、実線A’は「1次コイル3の全ターン(第1巻線3a+第2巻線3b)」にエネルギー投入した際の電気エネルギー(巻線比が小さい時の電気エネルギー)の変化を示す。
さらに、図2中の実線Bは「第1巻線3aのみ」にエネルギー投入した際の1次電流(巻線比が大きい時の1次電流)の変化を示し、実線B’は「1次コイル3の全ターン(第1巻線3a+第2巻線3b)」にエネルギー投入した際の1次電流(巻線比が小さい時の1次電流)の変化を示す。
(a)点火信号IGtが出力される期間に亘って点火用スイッチング手段11がONされるとともに、
(b)点火信号IGtが出力される期間に亘って昇圧用スイッチング手段18が繰り返してON−OFFして昇圧作動を行い、昇圧された電気エネルギーがエネルギ投入用コンデンサ14に蓄えられる。
このように、エネルギ投入用スイッチング手段21をON−OFF制御することで、2次電流が火花放電を維持可能な程度(目標2次電流の範囲内)に継続して流れる。その結果、放電継続信号IGwの継続中は、継続火花放電が点火プラグ1に維持される。
実施例1の点火装置は、上述したように、1次コイル3を成す巻線の一部のみ(第1巻線3aのみ)に電気エネルギーの投入を行って火花放電の継続を行う。
このように、1次コイル3の巻線の一部のみ(第1巻線3aのみ)に電気エネルギーの投入を行うことで、エネルギー投入の負荷抵抗が小さくなる。このため、継続火花放電時における点火コイル2の発熱が減ることで、発熱限界Lに達するまでの余裕が大きくなり、1次コイル3に投入できる電気エネルギー量(電圧×電流×時間)を増加させることができる。
点火装置は、点火コイル2の外部接続コネクタ25に設けられる1次コイル3の各接続端子を、電圧順に並べて配置する構成を採用する。
点火コイル2の外部接続コネクタ25には、上述したプラス端子8、接地側端子10、エネルギー投入端子12が設けられる。なお、出力端子7は、外部接続コネクタ25とは別の部位に設けられる。
ここで、プラス端子8は、バッテリ電圧供給ラインαに接続されるものであり、12V程度(バッテリ電圧)が印加される。
また、接地側端子10は、コイル端子であり、点火コイル2の誘導放電により500V程度が印加される。
一方、エネルギー投入端子12は、エネルギ投入用コンデンサ14から50V〜200V程度が印加される。
そこで、この実施例1では、図3(b)に示すように、プラス端子8と接地側端子10の間にエネルギー投入端子12を配置している。
この実施例1では、図3(a)に示すように、エネルギ投入回路6から1次コイル3のみに電流を流す第3ダイオード23を点火コイル2に内蔵させている。
このように、第3ダイオード23を点火コイル2に内蔵させることで、点火回路ユニットの内部の回路構成を簡素化することができ、結果的に点火回路ユニットの小型化が可能になる。
図4を参照して実施例2を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
実施例2の1次コイル3は、上述した実施例1と同様、巻線の途中にエネルギー投入用の中間タップTを備えるものであり、第1巻線3aに対する第2巻線3bの巻線比が大きく設けられる。理解補助の目的で数値の具体例を示すと、第1巻線3aの巻数1に対して第2巻線3bの巻数9に設けられる(第1巻線3a:第2巻線3b=1:9)。
その結果、第1巻線3aと2次コイル4の巻線比が極めて大きくなる(第1巻線3a:2次コイル4=1:730)。
この実施例2のチャージポンプは、2つのスイッチ手段31、32(MOS型トランジスタ等)のON−OFF状態を切り替えて、バッテリ電圧を約2倍に昇圧するものであり、昇圧した電気エネルギー(24V〜28V)はエネルギ投入用コンデンサ14に蓄えられる。
また、実施例2の点火装置は、図4に示されるように、アース側から1次コイル3に向けてのみ電流を流すダイオードDを備える。
この実施例2の点火装置は、上述したように、第1巻線3aと第2巻線3bの巻線比を大きくして(第1巻線3aの巻数<第2巻線3bの巻数)、第1巻線3aと2次コイル4の巻線比を極めて大きくすることで、昇圧回路15に簡素なチャージポンプを用いることができる。
これにより、昇圧に伴う発熱量を少なくできるとともに、昇圧回路15の小型化やコストダウンを図ることができる。また、点火回路ユニットの内部の回路構成を簡素化することができ、点火回路ユニットの小型化が可能になる。
図5を参照して実施例3を説明する。
実施例3の1次コイル3は、上記実施例2と同様、第1巻線3aに対する第2巻線3bの巻線比が大きく設けられるものであり、理解補助の目的で数値の具体例を示すと、第1巻線3aの巻数1に対して第2巻線3bの巻数10に設けられる(第1巻線3a:第2巻線3b=1:10)。
この実施例3は、上述したように、第1巻線3aと2次コイル4の巻線比を大きく設けたことで昇圧回路15を廃止することができるため、エネルギ投入回路6を用いた点火装置のコストを抑えることができる。
また、昇圧回路15を廃止したことで点火回路ユニットの内部の回路構成を簡素化することができるため、点火回路ユニットの小型化を達成できる。
図6を参照して実施例4を説明する。
この実施例4は、1次コイル3の一部を昇圧回路15のチョークコイル17(実施例1参照)として利用し、昇圧回路15を簡素化する技術である。
また、実施例4にて新設した第2中間タップT2は、「上記実施例1〜3の第1コイル3の一端」に相当し、第2中間タップT2がバッテリ電圧供給ラインαに接続される。
この実施例4は、上述したように、1次コイル3の一部(第3巻線3c)を昇圧回路15のチョークコイル17として用いるため、昇圧回路15を簡素化することができ、エネルギ投入回路6を搭載する点火装置のコストを抑えることができる。
また、点火回路ユニットの内部の回路構成を簡素化することができるため、点火回路ユニットの小型化を達成できる。
2 点火コイル
3 1次コイル
3a 第1巻線(請求項1における1次コイルを成す巻線の一部)
4 2次コイル
5 主点火回路
6 エネルギ投入回路
Claims (9)
- 点火コイル(2)の1次コイル(3)を通電し、その後に前記1次コイル(3)の通電を遮断することによって点火プラグ(1)に火花放電を生じさせる主点火回路(5)と、
この主点火回路(5)の作動によって開始した火花放電中に、前記1次コイル(3)に電気エネルギーを投入して前記点火コイル(2)の2次コイル(4)に同一方向の2次電流を流し、前記主点火回路(5)の作動によって開始した火花放電を継続させるエネルギ投入回路(6)とを備え、
前記エネルギ投入回路(6)は、前記主点火回路(5)により通電がオンオフされた前記1次コイル(3)の巻線全体の内、一部(3a)のみに電気エネルギーの投入を行うことを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用点火装置において、
前記点火コイル(2)の外部接続コネクタ(25)に設けられる複数の接続端子(8、10、12)は、電圧順に並んで配置されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項2に記載の内燃機関用点火装置において、
前記点火コイル(2)には、前記エネルギ投入回路(6)から前記1次コイル(3)のみに電流を流すダイオード(23)が内蔵されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
前記エネルギ投入回路(6)は、チョークコイル(17)の通電の断続によって高電圧を発生させる昇圧回路(15)を備え、この昇圧回路(15)で昇圧した電気エネルギーを前記1次コイル(3)の巻線の一部(3a)のみに投入することを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
前記エネルギ投入回路(6)は、車載バッテリ(9)のバッテリ電圧を約2倍に昇圧するチャージポンプを備え、このチャージポンプで昇圧した電気エネルギーを前記1次コイル(3)の巻線の一部(3a)のみに投入することを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
前記エネルギ投入回路(6)は、車載バッテリ(9)のバッテリ電圧を前記1次コイル(3)の巻線の一部(3a)のみに投入することを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項4に記載の内燃機関用点火装置において、
前記エネルギ投入回路(6)は、前記1次コイル(3)の内、火花放電の継続時に電気エネルギーが投入される巻線の一部(3a)とは異なる巻線の一部(3c)を、前記昇圧回路(15)のチョークコイル(17)として利用していることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
前記主点火回路(5)と前記エネルギ投入回路(6)は、点火回路ユニットとして1つのケース内に収容配置されており、前記点火プラグ(1)および前記点火コイル(2)とは異なる場所に設置されることを特徴とする内燃機関用点火装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の内燃機関用点火装置において、
当該内燃機関用点火装置は、前記主点火回路(5)と並列に接続され、アース側から前記1次コイルに向けてのみ電流を流すダイオード(D)を備えることを特徴とする内燃機関用点火装置。
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