JPH0326872A - 容量放電式点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ．業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の点火装置に関し、特に点火プラグの
汚染に強い容量放電式点火装置において、その長所をさ
らに補強するべく、点火プラグでの失火対策を立てた改
良に関する． ［従来の技術］ 自動車両用内燃機関の点火装置としては、現在の所、む
しろ支配的と言っても良い程、電流遮断型のものが多く
採用されているが、いわゆる点火プラグの“かぶり“等
、点火プラグの汚染に対しては、容量放電式の方が着火
性能上、有利なこともまた知られている．したがってエ
ネルギ利用効率が改善され、性能のさらなる向上と共に
コスト的にも低廉化すれば、この種の容量放電式点火装
置についてもその実用化は大いに期待される．もちろん
、こうした容量放電式点火装置の回路構成等は相当古く
から周知であり、特許出願、実用新案登録出願に係る公
開、公告の各公報群を参照しても、例えば本出願人の手
になる実開昭６１−７６１８２号公報開示の考案を始め
、種々の構造的改良を含んで数多くあるが、その原理を
大概して言えば、機関の点火タイミングに合せてサイリ
スタをトリガし、ターン・オンさせて、それ以前にエネ
ルギ蓄積コンデンサに蓄えて置いた蓄積電荷エネルギを
点火コイルの一次側に一挙に放出させ、これにより点火
コイルの二次側に高電圧を得て、当該二次側に直列に挿
入されている点火プラグに燃料着火用の放電火花を得る
ものである．また、同じく原理的には、上記のサイリス
タに代え、他の半導体スイッチング素子を用いることも
可能ではあるが、これまでの所は専ら、サイリスタが使
用ざれてきた．これに代わる素子としてあえて探しても
、その仲間のユニ・ジャンクション・トランジスタ位し
かない．これは、長く研究されてきたこともあって、こ
の種のサイリスタ構造が技術的にほとんど完成の域にあ
り、簡単な周辺駆動回路でも確実に大きな電流のオン・
オフをスイッチングできるという高い信頼性を持ってい
るがためである． ［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来のこの種の容量放電式点火装置に関する
問題点として、基本的に指摘したいのは、着火能力が高
いとは言え、実際に着火ミス、すなわち点火プラグにお
ける失火が生じてしまった場合には、その補償対策が何
等、立てられていなかったことである． つまり、従来の装置では、ある点火時期において特定の
点火プラグに放電火花を発生すべきときに、当該放電火
花の発生に失敗すると、その回の失火は単に失敗として
そのまま処理され、次の点火時期に至っての再点火を待
つしかなかった。失火した点火プラグに対し、直ちにも
う一度、放電エネルギを与え直す等という考えは、一切
、認められなかった． 本発明はまさしく．．最も基本的な解決課題として、も
し失火した点火プラグがあった場合にはこれを検出し、
当該点火プラグに対して可及的速やかに再度、放電エネ
ルギを与え得るような容量放電式点火装置を提供せんと
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達戊するため、まず、夕一ン・オン
信号を受けるとターン・オンして、エネルギ蓄積コンデ
ンサＣ蓄えられていた蓄積電荷を点火コイルの一次巻線
に急激に放出し得ることはもちろんであるが、当該ター
ン・オン後、例えば回路系の共振等によっての自動的な
ターン・オフを待つことなく、外部制御．回路から発せ
られたターン・オフ信号によって強制的にターン・オフ
することができるタイプの半導体パワー・スイッチング
素子を用いる． 一方で、失火検出回路により、点火コイルの二次巻線に
表れる二次電流の状態を監視し、点火プラグにおける失
火の有無を検出する。

そして、この失火検出回路が失火を検出したときには、
上記のターン・オフ（ｇ号によりターン・オフしている
半導体パワー・スイッチング素子に対し、直ちに再度、
制御回路からターン・オンｆｚ号を与えるようにする．
ただし、上記において、“直ちに”という語は、当然、
回路系の遅れ分等を許容するもので、“可及的速やかに
“という意味である． さらに、このような本発明の基本構成を満ｋした上で、
望ましくは半導体パワー・スイッチング素子がオンとな
っている時間をも制御する．ツマリ、ターン・オンして
いる半導体パワー・スイッチング素子を強制的にターン
・オフするために当該半導体パワー・スイッチング素子
に与えられるターン・オフイエ号は、半導体パワー・ス
イッチング素子のターン・オン後、点火コイルニ次巻線
に表れる電流がピーク電流値となるタイミングまたは少
なくともその前後、直近のタイミングで発生されるよう
にする． そして、上記のような構戊に用い得る半導体パワー・ス
イッチング素子としては、望ましくはＩＧＦＥＴと略称
され、特にＭＯＳ−ＦＥＴに代表されるような絶縁ゲー
ト電界効果型のパワー・トランジスタであるか、または
ＩＧＢＴと略称される絶縁ゲート・バイポーラ・トラン
ジスタ型のパワー・トランジスタであることを提案する
．［作　　用】 本発明においては、容量放電式の内燃機関点火装置とし
て、まず、エネルギ蓄積コンデンサにあらかじめ蓄えて
置いた蓄積電荷を点火タイくングに合せて点火コイルの
一次巻線に放出するための半導体パワー・スイッチング
素子として、外部信号により、そのオン・オフを制御可
能なものを用いている。

そうした半導体パワー・スイッチング素子としては、後
述の理由からしても用いるのが望ましい絶縁ゲート電界
効果型のパワー・トランジスタ（ＩＧＦＥＴ二代表的に
はＭＯＳ−ＦＥＴ）や、絶縁ゲート・バイポーラ・トラ
ンジスタ構造のパワー・トランジスタ（Ｉ　ＧＢＴ）が
ある．したがって、従来の容量放電式点火装置における
サイリスタ利用時のように、ターン・オンは外郎制御回
路からのトリガ信号でそのタイミングを制御するが、タ
ーン・オフはサイリスタを含む共振回路系の極性反転に
任せ、したがって必ずしもオンとなっている時間が一義
的に決定できない手７去とは異なり、ターン・オンもタ
ーン・オフも、外部制御回路からの指令信号により、そ
のタイミングを制御することができる．ｔａ目すれば、
当該半導体パワー・スイッチング素子がオンとなってい
る時間を所望の時間値に制御することが可能である． もっとも、一般にターン・オン信号とターン・オフイエ
号とは、共に半導体パワー・スイッチング素子の同一の
制ａａ端子（例えばゲート電極〉に与えられる信号であ
って良く、当該半導体パワー・スイッチング素子のター
ン・オンしきい値以上の電圧値イス号をターン・オン信
号、ターン・オフしきい値以下の電圧値信号をターン・
オフ信号とすることができる．ただし、これは限定的で
はなく、上記したようなＭＯＳ−ＦＥＴや［ＧＢＴ以外
の素子ないし集積回路であって、ターン・オン人力とタ
ーン・′オフ入力とが別個に存在するものであっても良
い．要はターン・オフを自動に任せなければ、本発明は
通用可能である． しかるに、このようにして、ターン・オンもターン・オ
フも外部信号で制御可能な半導体パワー・スイッチング
素子を用いた上で、本発明では、当該半導体パワー・ス
イッチング素子のターン・オンに伴い、点火プラグにお
いて正常に火花放電が生起したか否かを検出する失火検
出回路を有している． この失火検出回路は、本発明の要旨構成中に言うように
、点火コイル二次側に表れる二次電流の状態に応じて当
該失火の有無を検出するものであるが、逆に言って、こ
のように点火コイルニ次電流を監視すると、正常な点火
と失火とを弁別的に検出できる理由は次の通りである． 半導体パワー・スイッチング素子のターン・オンに基づ
き、点火コイル一次巻線にエネルギ蓄積コンデンサから
の蓄積電荷が一挙に放出されて点火動作が生起するに伴
い、点火プラグにて正常に火花放電が得られたときには
、一般に当該点火プラグにおいての最初の放電破壊が生
じた瞬間、点火コイル二次電流は急激に数アンペアから
数十アンペアのオーダとなって流れ始め、その後間もな
〈、数百アンペア程度のピーク値に至る．これに対し、
点火プラグが容量放電式の有利さをもってしても放電不
能な程に汚れており、付着したカーボン等を介しての電
流リーク経路が見込まれる結果、失火した場合には、点
火コイル二次電流に関しての上記のような経時変化は生
じず、当該リーク経路の抵抗分に応じた程度のかなり低
い値の！流しか流れない．放電破壊時のように、点火コ
イルニ次側における閉ループの極端なインピーダンス低
下がなく、シたがって大電流が流れるような応答がない
のである． このような事実自体は知られているので、本発明にて提
案するように、この点火コイルニ次電流を監視すると、
点火動作が生成した後の当該二次電流の大きさに鑑み、
点火に成功したか、あるいは失火嘗したかを十分明白に
弁別検知できる．そこでさらに、本発明においては、当
該失火検出回路が失火を検出したときには、制御回路か
ら上記の半導体パワー・スイッチング素子に対し、直ち
に再度、ターン・オン信号を送給し直すようにしている
． そのため、すでにこの時点までに外部制御回路から与え
られたターン・オフ信号により、半導体パワー・スイッ
チング素子がターン・オフしていても、ターン・オン信
号を受けることでこれを再度ターン・オンさせることが
でき、これによってエネルギ蓄積コンデンサに残ってい
る蓄積電荷を再度、点火コイル一次巻線に放出し直すこ
とができる． そこで、エネルギ蓄積コンデンサの容量にも依るが、こ
のようなメカニズムを何回か繰返えすたけの蓄積エネル
ギがあれば、従来のように、単位点火回あたりはただの
一回しか点火動作を生起しなかった装置とは大いに異な
り、本発明の装置では、機関のピストンが点火可能な位
置範囲にある間の短い時間内でも、続いて何回かの点火
チャンスを与えることができる． 実際上、本発明の装置を用いると、一回目では失敗した
が、二回目、三回目の連続点火動作により、燃料着火に
成功し得る事実が確かめられていただし、ここで少し考
えなければならないことがある． 一つは、上記のようにエネルギ蓄積コンデンサの容量で
ある．これが十分に大きければ、本発明の構成にしたが
って、数回以上に及ぶ引き続いての蓄積電荷放出を行な
い得るが、実際の装置として市販されることを考えると
、エネルギ蓄積コンデンサとして用い得るコンデンサの
大きさは、寸法的にもコスト的にも制約され、むしろ、
小さい程、好まれることは明らかである． これに鑑み、本発明は、このような実際的な要求に対し
ても、良く応え得る構成を併せて開示している．ｉ的に
言えば、それ程大きなコンデンサでなくとも、一その蓄
積エネルギを最大限、有効に利用し得る構成を開示して
いるのである．すなわち、ターン・オン信号によって半
導体パワー・スイッチング素子をターン・オンさせた後
、点火コイル二次壱線に表れる電圧がピーク電圧値とな
るタイミングないしその前後いずれか直近のタイミング
でターン・オフ信号を発生させ、この時点で強制的に半
導体パワー・スイッチング素子をターン・オフさせてし
まうのである。

このようにすれば、もちろん、それ以降はエネルギ蓄積
コンデンサからの蓄積電荷の放出を確実に止めることが
でき、したがって、当該エネルギ蓄積コンデンサに蓄積
された電荷を使い切ることなく、未だ十分な残存電荷を
見込める状態を生起することができる． これがため、既述のように、本発明の最も基本的な構成
に従って、失火が検出された場合には単位点火回あたり
極めて短い時間間隔で数回以上に及ぶ半導体パワー・ス
イッチング素子のターン・オン動作を繰返しても、それ
程に大容量のエネルギ蓄積コンデンサを用いることもな
く、その都度、少なくともある程度以上の電荷量を点火
コイル一次巻線に再放出させることが可能となる。

この点においても、ターン・オフを自然の回路共振に任
せていた従来のサイリスタ利用型の装置とは多分に異な
る，従来においては、これまで撞案されてきたいずれの
容量放電回路系でも、一回のサイリスタのトリガあたり
、エネルギ蓄積コンデンサに蓄積させていた電荷は、こ
れを全て、点火コイル一次巻線に放電させ切っていた．
これは極めて無駄なことである．何故なら、サイリスタ
のターン・オンにより、エネルギ蓄積コンデンサの蓄積
電荷が点火コイル一次壱線に放電し始め、これに基づい
て点火コイル二次側に発生した高電圧が点火プラグにて
放電火花の発生を招くと、それ以降は点火コイルの二次
側インピーダンスは極めて低い値に遷移し、当然、点火
コイル一次側においてもそうなるため、後は単に、エネ
ルギ蓄積コンデンサから供給される電荷は、このように
低インピーダンス化した点火コイル一次巻線にて熱エネ
ルギに変換されるだけに過ぎない結果となり、放電エネ
ルギの生成には何等、寄与しないようになるからである
． 実際上、先にも述べたように、正規の放電火花発生に威
功したときには、点火コイルニ次電流がピーク値となっ
た以降まで、大電流を流す必要は最早なく、流さない方
が無駄がない．一方、点火コイル一次壱線にエネルギ蓄
積コンデンサから蓄積電荷を供給し始めてから当該点火
コイル二次電流値がピーク値に至るまでの時間は、個々
の装置系において実験上、知ることができるし、場合に
よっては失火検出回路と同様に、点火コイルニ次電流を
直接に検出することによってピーク値に至った時点を知
ることもできる． したがって、本発明におけるように、ターン・オンもタ
ーン・オフも、共に外部信号によって制御可能な半導体
パワー・スイッチング素子を用いれば、そのような必要
時間に併せて当該半導体パワー・スイッチング素子がオ
ンとなっている時間長、換言すればターン・オン信号を
発生させた後、ターン・オフ信号を与えるタイミングを
所望に応じて設定することができるので、上記のように
点火コイル二次電流をピーク値にまで至らせた後にまで
、なおエネルギ蓄積コンデンサから蓄積電荷を無駄に供
給することなく、当該コンデンサ内に蓄えｋままに保持
することができる．このようなことから、本発明は着火
性の向上のみならず、総体的にはエネルギの利用効率も
上げていることが理解される．現実的ではない程に大容
量のエネルギ蓄積コンデンサを用いなくても、本発明の
最も基本的な構成に基づく作用である単位点火回あたり
のＪＭ複数の放電火花発生を保証することができる． しかるに、本発明に用いる半導体パワー・スイッチング
素子として、既述したＭＯＳ−ＦＥＴに代表されるＩ　
Ｇ　Ｆ　Ｅ　Ｔとか、あるいはＩＧＢＴが望ましい理由
は、その高速動作性にもある．例えば、従来の容量放電
式点火装置では、サイリスタを用い、しかも既述のよう
に、単位点火回あたり、かなり大きな電流を長時間に互
って流し続けるように構成されている． この場合、当該サイリスタはパイボーラ・デバイス、特
に少数キャリア・デバイスであるため、木質的には少数
キャリア蓄積効果の影響を受け、もし仮に、上記のよう
な大電流条件でこれに極めて高速なスイッチング動作を
させようとすると、回復時間の遅れが問題となってきて
、そのような動作は不可能となる。

もっとも、これまでの技術状況の下での自動車両の内燃
機関点火装置に用いられている限り、点火動作の時間間
隔は結構長く、したがって繰返しのスイッチング周波数
もそう高くはなかったため、この点が問題にされること
は全くなかった．実際にも機関の回転数は、相当に高速
回転型のものでも毎分，で一万回転程度であり、これか
ら推して明らかなように，点火周期に対応したサイリス
タ・スイッチング速度も，電子的なスイッチング・デバ
イスにとっては決して高速と言う程のものではなかった
． しかし、本発明を通用する場合には、言ってみれば、一
回の点火動作あたりでも、失火が生ずるならば、内燃機
関のピストンが点火に適した許容範囲内の位置にある短
い時間の間に、さらに極めて短い時間間隔で連続してス
イッチング素子を繰返しターン・オンさせねばならない
．この周期は容易にマイクロ秒オーダ以下にもなり得、
こうなってくると最早、上記のようなサイリスタでは、
少数キャリア・デバイスであることによる少数キャリア
の蓄積効果が無視し得なくなってくる． その点、上記のように、本質的に多数キャリア・デバイ
スであるＩＧＦＥＴとか、バイポーラ・デバイスではあ
ってもベース・チャネルを強制的に閉じることのできる
Ｉ　ＧＢＴを用いると、これらには原理的に少数キャリ
ア蓄積効果が発生しないか，少なくとも問題とならない
範囲に抑えられ、その状態でかなりな大電流を掻めて高
遠にオン・オフできるので、本発明の実現上、望ましい
素子となるのである． 実際の駆動回路を組む上でも、これらは電圧制御デバイ
スであり、原理的にはその人力において電力を消費しな
いから、その点でも省エネルギ回路の構築に好適なもの
となる．オフ・モード時の電流漏れも極めて少ない（ほ
とんど無い）．駆動回路自体も一般にかｒｚり簡略なも
のとなり、信頼性を増すことができる． ［実　！　　ｇ４ｌ 第１図には本発明に従って構成された容量放電式点火装
置の一実施例が示されている．車両搭載のバッテリ口が
供給する数ボルトから十数ボルト程度の低電圧はＤＣ−
ＤＣコンバータｌ２にて適当なる高電圧にまで昇圧され
た後、エネルギ蓄積コンデンサｌ３を充電する．図示さ
れているＤＣ−ＤＣコンバータ１２の回路構成は、あく
まで例示のためであり、これ自体は公知既存の回路構築
技術をして任意に得ることができる．エネルギ蓄積コン
デンサｌ３の両端には、点火コイルｌ５の一次壱線と半
導体パワー・スイッチング素子ｌ４の被制御主電流通路
が直列に挿入されている． 図示の場合、半導体パワー・スイッチング素子１４とし
て用いられているのは絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ（ＩＧＦＥＴ）の最も一般的な形態であるＭＯＳ−Ｆ
ＥＴであり、したがって、制御端子はそのゲート電極、
被制御主電流通路はソースードレイン間となる． 一方、点火コイル１５の二次巻線には、これに直列な放
電間陣として示された点火プラグｌ６が通常の仕方で接
続されており、これにさらに、本発明の原理に従い、点
火コイルｌ５の二次電流を監視する必要から、当該二次
電流の大きさを電圧信号に変換して捕える電流検出抵抗
ｌ８も直列に挿入されている． ただし、この抵抗ｌ８は、ここでのエネルギ消費を極力
抑えるため、後述する失火検出回路１７により、放電に
伴う大きさの二次電流が生じたか否かをその抵抗両端の
変換電圧値で検出可能な限り、できるだけ低い値である
ことが望ましい．しかるに、点火コイルｌ５の一次側に
直列に挿入されたＭＯＳ−ＦＥＴ１４は、点火制御回路
１９によって所定のタイミングに応じ、そのオン・オフ
が制御される．これに関しては以降、第２図に示されて
いる本実ｍ例装置の動作タイム・チャート例や、第３図
に示されている動作フロー・チャート例も併せて参照し
、説明する． 点火制御回路！９は、第３図のフロー・チャートに示さ
れているように、例えば適当なる回転センサ等から得た
クランク角度信号に基づいて点火時期を演算し、当該点
火時期に至ると適当なる出力インター・フェイス回路を
介し、点火指令信号Ｓ，を出力する．点火時期の演算は
、限定的ではなく、ハード的な演算回路によっても良い
が、望ましくは当該点火制御回路ｌ９中にマイクロ・コ
ンピュータを内蔵させることで簡単に行なうことができ
る． 点火指令信号Ｓｔは、マルチ・パイブレータその他、適
当なる波形整形回路であって良い駆動回路２０により、
用いている半導体パワー・スイッチング素子１４の制御
に都合の良い波形の駆動信号ＳＤに整形される． この実施例では、半導体パワー・スイッチング素子ｌ４
としてＭＯＳ−ＦＥＴ１４を利用しているので、第２図
中、最上段に示されているように、駆動信号Ｓ．は、こ
のＭＯＳ−ＦＥＴｌ４へのゲート入力信号として、まず
は矢印Ｓ０ｏで示されるように当該ＭＯＳ−ＦＥＴ１４
のターン・オンしきい値を越える値の電圧値にまで立ち
上がり、当該電圧値をパルス幅Ｔ，の間ｗ！続した後、
矢印Ｓ。１１で示されるようにターン・オフしきい値以
下にまで下回るパルス波形とされている． このような駆動信号Ｓ．がＭＯＳ−ＦＥＴ１４のゲート
に印加されると、その立ち上がりＳｏｎにより、これが
ターン・オンし、その主電流通路であるソースードレイ
ン間電流通路（チャネル）が導通して、点火コイル１５
の一次巻線に対し、エネルギ蓄積コンデンサｌ３の蓄積
していた電荷の急激な放出が始まる． これに応じ、点火プラグｌ６に特に問題となるような汚
染のない正常な状態では、点火コイルの二次側に高電圧
が誘起されて、点火プラグｌ６の放電間隙間に放電破壊
が生じ、燃料への着火火花が飛ぶ． そしてこのように、正規の着火に成功した場合には、普
通車と呼ばれているような通常の自動車両用では、当該
放電破壊が生じた瞬間、点火コイル１５の二次電流は一
般に数アンペアから十数アンベア程度に立ち上がり、そ
の後、数百アンペアにも及ぶピーク電流値に至る． しかるに、本発明のこの実施例装置では、点火コイル二
次電流がこのピーク値に至る頃を見計らって、駆動信号
ＳＤが矢印Ｓ。１１で示されるように立ち下がるべく、
当該駆動信号ＳＤのパルス幅Ｔ，が設定されており、し
たがってＭＯＳ−ＦＥＴ１４も当然、そのタイ哉ングで
強制的にターン・オフさせられる． 明らかなように、ＭＯＳ−ＦＥＴ］．４が強制的にター
ン・オフさせられれば５それ以降は最早、エネルギ蓄積
コンデンサｌ３から点火コイルｌ５の一次巻線への蓄積
電荷放出は途絶されるので、エネルギ蓄積コンデンサ１
３の蓄積電荷を一回の点火動作で全て使い切ることなく
、電荷を残存させることが可能となる． 実際上、これは、従来のサイリスタ利用型の点火装置に
比すと、エネルギを有効に節約していることになる．す
なわち、ターン・オンは外部信号により指令しても、タ
ーン・オフは点火コイルー次側の共振動作による極性反
転に任せるサイリスタでは、点火コイル二次側の放電破
壊によって流れ始めた電流は、ピーク電流値に至っても
なお、直ちには減少せず、ゆっくり減衰して行く応答を
示すが、ピーク電流値以降のそのような電流分は、放電
エネルギとして有効に利用されるものでは決してなく、
そもそも流す必要のないものであ．る． また、これに呼応し、点火コイルー次側でも、サイリス
タのターン・オンにより流れ始めた電流は、エネルギ蓄
積コンデンサの蓄積電荷が放電し切るまで続くが、点火
プラグにて正常に放電が生起した場合には、点火コイル
の一次インピーダンスも極端に低い値に遷移するので、
流れ続ける一次電流も、二次電流（放電エネルギ〉には
何等寄与することなく、そのまま一次側で無駄に熱に変
換されるだけとなる． 本実施例装置によれば、上記のように、夕一ン・オフ信
号Ｓ。１１の発生タイミングの最適設定により、このよ
うな無駄な電力消費を極めて合理的に解消することがで
きる．のみならず、次に述べるように、本発明の基本的
な解決課題として、点火ブラグ１６おける着火ミス対策
を実現する上でも、エネルギ蓄積コンデンサ１３の蓄積
電荷を一回の放電動作あたり、全て使い切ることがない
という構成は、当該エネルギ蓄積コンデンサｌ３の大型
化を阻むためにも有効に作用する。

第１図には具体的な回路構威の一例共々、本発明におい
て用いる失火検出回路ｌ７が示されているが、この実施
例では、当該失火検出回路ｌ７は、点火コイル１５の二
次側に直列に挿入されている二次電流検出抵抗ｌ８の両
端電圧が所定のしきい値Ｅｔｈ以上となった場合、その
旨検出し、点火確Ｌ！！信号Ｓ，を点火制御回路ｌ９に
帰還し、そうでなく、二次電流検出抵抗ｌ８の両端電圧
が上記しきい値Ｅｔｈに至らない場合には失火検出信号
Ｓ．を帰還する。

ただし、この実施例では、点火確認信号Ｓ，と失火検出
信号Ｓ．とは論理レベル的には互いに反転関係にあり、
失火検出回路！７からの共通の一木の信号線路を介して
点火制御回路ｌ９に与えられる。

さて、もう一度、第１，２図に即して一回あたりの点火
動作について鑑みると、ＭＯＳ−ＦＥＴｌ４のゲートに
対し、点火制御回路ｌ９から発せられた点火指令信号Ｓ
．に基づき、所定のパルス幅Ｔｐの駆！ｉＩ信号Ｓ０が
駆動回路２０から与えられると、当該駆ｇｊＪ信号Ｓ．
の立ち上がりとして有意のターン・オン信号Ｓ０。によ
り、このＭＯＳ−ＦＥＴｌ４がターン・オンし、それま
でに電源１１からＤＣ−ＤＣコンバータｌ２を介して充
電されていたエネルギ蓄積コンデンサｌ３内の蓄積電荷
が急激に点火コイルｌ５の一次巻線に放出され、点火コ
イルニ次壱線に高電圧が発生する． このとき、点火コイル二次ｊ８＃ｉ！に直列に挿入され
ている点火ブラグｌ６に汚染がなく、所定の放電ギャッ
プ間隔を維持していれば、その間に燃料着火用の１放電
火花が飛ぶ． すると、第２図に示されているように、点火プラグｌ６
と共に点火コイルニ次側に直列に挿入されている二次電
流の検出抵抗ｌ８の両端電圧も、二次電流の履歴に沿い
、少なくともピーク値にまで立ち上がって行く変化を示
す． 失火検出回路ｌ７は、この抵抗ｌ８の両端電圧を監視し
ており、この電圧値のピーク値よりは低いが、確かに放
電に伴う二次電流の急激な増加を表す変化と捕え得る適
当なしきい値Ｅｔｂ　（第２図中に併示）を有している
ため、上記のように点火プラグｌ６にて正常な放電が生
じた場合には、点火制御回路１９に対し、有意電圧値に
まで立ち上がるパルス波形としての点火確認信号Ｓ，を
送出する。

図示の場合、失火検出回路ｌ７の出力段には、点火制御
回路に送給する点火確認信号Ｓ，が、当該点火制御回路
ｌ９にて十分確実に弁別可能な時間幅を有するように、
単安定マルチ・パイブレータが備えられて・いる。

これに対し、点火ブラグｌ６にカーボン付着等の汚染が
あり、放電し得ない状況にあるときに、上記のようにＭ
ＯＳ−ＦＥＴ１４に対してターン・オン信号Ｓ０ｎ（な
いし駆動信号Ｓｔ．）が与えられ、エネルギ蓄積コンデ
ンサｌ３に蓄積されていた電荷が点火コイル一次巻線に
放出されても、当然、点火コイル二次側にての放電破壊
は生じず、これに伴っての極端なインピーダンスの低下
もなくて、力一ボン等の汚染物質により形成された電流
漏れ経路に見込まれるインピーダンスを介しての小さな
二次電流しか流れないため、第２図中、時間軸上で右方
向中程まで進んだ位置に示してあるように、電流検出抵
抗ｌ８の両端電圧も、本来ならば有意の電圧値にまで立
ち上がっているタイ主ングで、かなり低い電圧値を維持
する状態が生起する．失火検出回路＋７は、この抵抗ｌ
８の両端電圧値がしきい値Ｅ，ｈ以上に上がらない状態
を読取り、その出力を低レベルに維持する．したがって
、この低レベル出力が失火検出ｆ３号Ｓ．として点火制
御回路ｌ９に帰還される． 点火制御回路ｌ９では、それが最初に点火指令信号ＳＤ
を発した後、本来正常に点火ブラグ１６にて点火に成功
した場合に失火検出回路ｌ７から有意電圧レベルの点火
確認信号Ｓ，が送られてくるであろうタイミングで、当
該失火検出回路１７から送給されてきている信号の内容
を有効に読取る．したがって、正常に点火に成功した場
合には、上記の読取りタイミングで失火検出回路１７か
ら有意電圧レベルとしての点火確認信号Ｓ，が送給され
てくるから、そのときには特に何の後続処理もせず、次
回の点火動作の開始に臨む。

しかし、点火ブラグｌ６にて着火に失敗した場合には、
点火確認信号Ｓ，が送られてくるであろう読取りタイミ
ングにおいて、失火検出回路１７からは有意電圧レベル
の点火確認信号Ｓ，は送られて来す、そのイｇ号レベル
は低レベルのままになっていることで、失火検出信号Ｓ
．が送給されていることを知ることができる． このようになると、第３図のフロー・チャート中にも示
されているように、点火制御回路ｌ９は、再度直ちに、
ＭＯＳ−ＦＥＴｌ４に対し、ターン・オン信号ｓｏｎを
送出し直す． したがって、これに基づき、再度の点火動作が生起゛し
、この再点火動作に対しても、また上記同様の点火の確
認ないし失火検出動作が生起して、以降、同様の動作が
繰返されるため、一、二度は着火に失敗した点火プラグ
においても、そして機関ピストンが着火工程の許容範囲
内にある短い時間の間にも、少なくとも数回に及ぶ再度
の着火の試みをなし得るようになり、実際上、これが成
功する確率もかなり高い．従来におけるように、全く失
火したままにして置くしかない状況とは大いに異なる． ここにおいて、上記実施例に示されているように、半導
体パワー・スイッチング素子として、ＭＯＳ−ＦＥＴに
代表されるようなＩＧＦＥＴデバイスを用いることは、
二つの理由で極めて有効である． 一つには、このよう１（絶縁ゲート型のスイッチング・
デバイスは、本質的に多数キャリア・デＲイスであって
、サイリスタや通常のバイポーラ・トラージスタに認め
られるような少数キャリアの蓄積効果がなく、パワー・
スイッチング素子として比較的大きな電流をスイッチン
グし得る割に、極めて高速なスイッチング動作が可能な
ことである．従来のように、単位点火回あたりにはただ
の一回しか、スイッチング動作をさせない場合には、こ
のような少数キャリアの蓄積効果があっても何等問題に
はなならないが、本発明におけるように、極めて短い時
間間隔内に複数回、連続してスイッチング動作をさせる
こともある場合には、決して無視し得ないものとなる．
＃／４的に言って、サイリスタは、本発明に必要な大電
流高速スイッチング・デバイスとして不向きである．二
つ目の理由は、上記のようなＩＧＦＥＴ型のデバイスは
、そのゲート入力の如何により、夕一ン・オンはもとよ
り、強制的にターン・オフもできるということである．
もしこれが不能であれば、再度のターン・オンがそもそ
も不可能になる．また、ゲート入力は電圧信号で良く、
原理的には電力消費を伴わない点でも優れている．もっ
とも、ＩＧＦＥＴ＆：対する同種の代替素子としては、
最近開発された絶縁ゲート型パイボーラ・トランジスタ
（ＩＧＢＴ）等もある．この素子も、ベース領域のオン
・オフをゲート電界で制御するため、高速動作が可能で
あり、かつ大電流を取扱うことができる。ちなみに、こ
のＩＧＢＴを用いた実施例を第４図に示すが、ただし、
周辺回路は原則としてＭＯＳ−ＦＥＴとほとんど変わら
ないので、当該ＩＧＢＴＬ４゜を中心としたｌＬ？ｊる
例示に留めてある．各対応符号を示すように、第１図示
中のＭＯＳ−ＦＥＴｌ４をＩＧＢＴ１４’　に代えたも
のと考えても差支えない．また、単体の素子に限らず、
高速、大電流のスイッチングが可能な集積回路であって
も、等しく本発明に応用することができ、ターン・オン
入力とターン・オフ人力が独立に存在していても良い。

しかるに、以上の通り、本発明によると、一回の単位点
火時あたり、その原理上は何回でも半導体パワー・スイ
ッチング素子を繰返しターン・オンできるとは言え、現
実的な立場に立つと、実際に可能な放電動作ａ返し回数
は、エネルギ蓄積コンデンサｌ３に蓄積されている残存
電荷量により制限を受ける．いくら半導体パワー・スイ
ッチング素子１４がターン・オンした所で、エネルギ蓄
積コンデンサｌ３に電荷が残っていなければ、点火ブラ
グに放電火花を飛ばせる訳がない。

したがって逆に、用いるエネルギ蓄積コンデンサの容量
を大きくすればする程、点火コイル１５の一次壱線への
電荷の供給繰返し回数が増して望ましいことになるが、
これはまた、製品化を計る上では障害になる．回路装置
は小型であるにしくはなく、廉価である程、望ましい． その点、本発明において、上記のようにターン・オンも
ターン・オフも、共に外部信号により制御可能な半導体
パワー・スイッチング素子を用いるということは、エネ
ルギ蓄積コンデンサの容量の有効利用をも計り得ている
ことになる。

すなわち、先にも述べたように、駆動信号Ｓ，のバルス
幅ＴＰ％つまりはターン・オン信号Ｓ。ｌｌを発してか
らターン・オフ信号Ｓｏｆｔを発するタイミングを、正
規に点火プラグｌ６にて放電火花が発生した場合に点火
コイル二次電流がピーク電流値に至る頃のタイミングに
合せて設計すると、以降は点火コイル一次巻線に対し、
無駄な電荷の供給をすることなく、エネルギ蓄積コンデ
ンサに残存電荷が生ずる状態とし得るので、従来のよう
に、一回の放電動作で蓄積電荷を全て、使い切ってしま
う場合に比し、遥かにエネルギ蓄積コンデンサの蓄積電
荷を有効利用し得ることになる． そのため、実際にも、従来用いられていた容量値に比し
、それ程に大きな容量値のエネルギ蓄積コンデンサを用
いる必要もなく、本発明の原理に従い、連続数回に及ぶ
点火プラグ再点火の試みが可能となっている． もつとも、図示された実施例においては、そもそも駆動
信号ＳＤのパルス幅ＴＰを設定するということで、点火
コ゛イルニ次電流がだいたいピーク電流値に至るタイく
ングに合せてターン・オフ信号Ｓｏｆｔが発生される設
計としているが、例えば失火検出回路ｌ７への入力情報
を生ずるために設けられている抵抗ｌ８の両端電圧等に
鑑み、実際に二次電流を検出し、その値がピーク電流時
に相当する変換電圧値になったときを検出し、これによ
り、点火制御回路ｌ９に作用して強制的にターン・オフ
信号Ｓｏｆｔを生ずるようにしても良い．もちろん，以
上のような動作は、先にも少し述べたが、限定的ではな
いものの、点火制御回路ｌ９内にマイクロ・コンビエー
タが組込んであると、簡卑に行なうことができる．特に
、失火検出回路ｌ７からの信号を有効として読取るタイ
ミングの設定等は、このようなマイクロ・コンピュータ
にとって何の苦もないものである．また、用いているエ
ネルギ蓄積コンデンサの容量Ｃ鑑み、失火時の点火動作
繰返し回数に制限を設け、制限回数以上は半導体パワー
・スイッチング素子の再度のターン・オンを無駄に許さ
ないようにする場合Ｃも、当該回数のカウント等が簡単
に行なえる．ただし、上記した実施例はあくまで実施例
に過ぎず、いわゆる当業者に容易という範囲内において
も，本発明の要旨に即しての改変は自由である．失火検
出回路１７（点火確認回路と呼ぶも可）の具体的な回路
構戒等についても，本発明Ｃおいてこの失火検出回路ｌ
７に要求される機能が理解される限り、当業者であれば
それこそ種々適当なるものを組むことができる． ［効　　果］ 本発明によれば、本質的に点火プラグの汚東に強いとさ
れる容量放電式の内燃機関点火装置において、さらにそ
の長所を補強することができ、言わば複数火花点火方式
を提供することができる．点火プラグにおいて失火が生
じても、従来のようにそのままやり過ごすことがなく、
エネルギ蓄積コンデンサの残存電荷量の許す限り、何回
か連続して再放電動作を試みることができ、その結果、
着火に成功する確率も十分期待できる．当然これは、自
動車両の性能や信頼性の向上をもたらし、運転の安全性
向上にも継がる．また、本質的に、半導体パワー・スイ
ッチング素子のターン・オフ・タイミングも外郎信号で
制御可能なので、，必要な時間幅だけ、このスイッチン
グ素子をオン状態に付けた後、強制的にターン・オフさ
せることで、エネルギ蓄積コンデンサの蓄積電荷の無駄
使いをも防ぐことができ、小型なコンデンサでも済むよ
うになる．結局、総体的に言っての低消費電力化も計り
得る．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された容量放電式点火装置
の一実施例の概略構成図， 第２図は第１図示装置の動作をタイム・チャートで示す
説明図， 第３図は第１図示装置の動作をフロー・チャートで示す
説明図． 第４図は半導体パワー・スイッチング素子を絶縁ゲート
型電界効果トランジスタから絶縁ゲート型バイポーラ・
トランジスタに代えた実施例の要部概略構成図．である
． 図中、１ｌは車両搭載バッテリによる直流電源、ｌ２は
ＤＣ−ＤＣコンバータ、１３はエネルギ蓄積コンデンサ
、１４　．　１４’　は半導体パワー・スイッチング素
子、ｌ５は点火コイル、１８は点火プラグ、ｌ７は失火
検出回路、ｌ８は点火コイルニ次電流の検出抵抗、ｌ９
は点火制御回路、２０は！ａｌｌ１回路、である．第４
図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターン・オン信号を受けるとターン・オンし、エ
   ネルギ蓄積コンデンサに蓄えられていた蓄積電荷を点火
   コイルの一次巻線に急激に放出すると共に、ターン・オ
   フ信号を受けることでターン・オフする半導体パワー・
   スイッチング素子と； 上記点火コイルの二次巻線に表れる二次電流の状態を監
   視することにより、該点火コイルの二次巻線に直列に挿
   入された点火プラグにおける失火の有無を検出する失火
   検出回路と； 該失火検出回路が該失火を検出したとき、上記ターン・
   オフ信号によりターン・オフしている上記半導体パワー
   ・スイッチング素子に対し、直ちに再度、ターン・オン
   信号を与える制御回路と； を有して成る容量放電式点火装置。
2. （２）ターン・オンしている上記半導体パワー・スイッ
   チング素子を強制的にターン・オフするため、該半導体
   パワー・スイッチング素子に与えられる上記ターン・オ
   フ信号は、該半導体パワー・スイッチング素子のターン
   ・オン後、上記点火コイル二次巻線に表れる電圧がピー
   ク電圧値となるタイミングまたはその直近のタイミング
   で発生されること； を特徴とする請求項（１）に記載の容量放電式点火装置
   。
3. （３）半導体パワー・スイッチング素子は、絶縁ゲート
   電界効果型のパワー・トランジスタであること； を特徴とする請求項（１）または（２）に記載の容量放
   電式点火装置。
4. （４）半導体パワー・スイッチング素子は、絶縁ゲート
   ・バイポーラ・トランジスタ構造のパワー・トランジス
   タであること； を特徴とする請求項（１）または（２）に記載の容量放
   電式点火装置。