JPH0668268B2 - 容量放電式点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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61-76162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、サイリスタが使用されてき
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、ある点火磁気において特定の
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成するため、まず、ターン・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・オフ信号によりターン・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・オン信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たした上で、
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。

つまり、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・オフ信
号は、半導体パワー・スイッチング素子のターン・オン
後、点火コイル二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、上記のような構成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ミ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: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（IGBT）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・オンは外部制御回路から
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
定できない手法とは異なり、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。換言すれば、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・オフ信号
とは、共に半導体パワー・スイッチング素子の同一の制
御端子（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信号をターン・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IGBT以外の素子ないし集
積回路であって、ターン・オン入力とターン・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、本発明は適用可能である。

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二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
なく、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電流しか流れない。放電破壊時のよ
うに、点火コイル二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、し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、この点火コイル二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だけの蓄積エネル
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る。

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。端的に
言えば、それ程大きなコンデンサでなくとも、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
次巻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び半導体パワー・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、これまで提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、サイリスト
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巻線に放電し始め、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成
功したときには、点火コイル二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、点火コイル一次巻線にエネルギ蓄
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、点火コイル二次電流を
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たままに保
持することができる。

このようなことから、本発明は着火生の向上のみなら
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連続複数の放電
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IGFET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亙って長し続けるように構成され
ている。

この場合、当該サイリスタはバイポーラ・デバイス、特
に少数キャリア・デバイスであるため、本質的には少数
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、本発明を適用する場合には、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IGBT
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極めて高速にオン・
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、原理的にはその入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なり簡略なもの
となり、信頼性を増すことができる。

［実施例］ 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11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12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13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13の両端には、点火コイル15の
一次巻線と半導体パワー・スイッチング素子14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−FET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−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
間隙として示された点火プラグ16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15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18も直
列に挿入されている。

ただし、この抵抗18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15の一次側に直列に挿入されたMO
S−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施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19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Si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19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Siは、マルチ・バイブレータその他、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S_D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14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_Dは、このMOS−FET14
へのゲート入力信号として、まずは矢印Son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_P
の間継続した後、矢印Soff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_D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−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13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16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16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ペ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
S_Dが矢印Soffで示されるように立ち下がるべく、当該駆
動信号S_Dのパルス幅T_Pが設定されており、したがってMO
S−FET14も当然、そのタイミ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−FET14が強制的にターン・オフさ
せられれば、それ以降は最早、エネルギ蓄積コンデンサ
13から点火コイル15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13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・オフは点火コイル一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、点火コイル一次側でも、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、ターン・オフ信
号Soff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、点火プラグ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13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成の一例共々、本発明におい
て用いる失火検出回路17が示されているが、この実施例
では、当該失火検出回路17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18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、
点火確認信号Sfを点火制御回路19に帰還し、そうでな
く、二次電流検出抵抗18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Smを帰還する。

ただし、この実施例では、点火確認信号Sfと失火検出信
号Sm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17からの共通の一本の信号線路を介して点火制
御回路19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−FET14のゲートに対し、点火
制御回路19から発せられた点火指令信号Siに基づき、所
定のパルス幅T_Pの駆動信号S_Dが駆動回路20から与えられ
ると、当該駆動信号S_Dの立ち上がりとして有意のターン
・オン信号Sonにより、このMOS−FET14がターン・オン
し、それまでに電源11からDC−DCコンバータ12を介して
充電されていたエネルギ蓄積コンデンサ13内の蓄積電荷
が急激に点火コイル15の一次巻線に放出され、点火コイ
ル二次巻線に高電圧が発生する。

このとき、点火コイル二次巻線に直列に挿入されている
点火プラグ16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16と
共に点火コイル二次側に直列に挿入されている二次電流
の検出抵抗18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17は、この抵抗18の両端電圧を監視してお
り、この電圧値のピーク値はより低いが、確かに放電を
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Eth（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16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Sfを送出する。

図示の場合、失火検出回路17の出力段には、点火制御回
路に送給する点火確認信号Sfが、当該点火制御回路19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・バイブレータが備えられている。

これに対し、点火プラグ16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MOS
−FET14に対してターン・オン信号Son（ないし駆動信号
S_D）が与えられ、エネルギ蓄積コンデンサ13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、カーボ
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18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
イミングで、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17は、この抵抗18の両端電圧値がしきい値
Eth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
出信号Smとして点火制御回路19に帰還される。

点火制御回路19では、それが最初に点火指令信号S_Dを発
した後、本来正常に点火プラグ16にて点火に成功した場
合に失火検出回路17から有意電圧レベルの点火確認信号
Sf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Sf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、点火プラグ16にて着火に失敗した場合には、点
火確認信号Sf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Sfは送られて来ず、その信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Sm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19は、再度直ちに、MO
S−FET14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、このような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・デバイスであって、
サイリスタや通常のバイポーラ・トランジスタに認めら
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。端的
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、ターン・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が伴わない点でも優れている。

もっとも、IGFETに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バイポーラ・トラジスタ（IG
BT）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IGBT
14′を中心とした単な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−FET14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・オフ入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繰返し回数
は、エネルギ蓄積コンデンサ13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13に電荷が残っていなければ、点火プラグに放
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の一次巻線への電
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_Dのパルス幅
T_P、つまりはターン・オン信号Sonを発してからターン
・オフ信号Soffを発するタイミングを、正規に点火プラ
グ16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。

もっとも、図示された実施例においては、そもそも駆動
信号S_Dのパルス幅T_Pを設定するということで、点火コイ
ル二次電流がだいたいピーク電流値に至るタイミングに
合せてターン・オフ信号Soffが発生される設計としてい
るが、例えば失火検出回路17への入力情報を生ずるため
に設けられている抵抗18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19に作用して強制的にターン・オフ信号Soff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19内にマイクロ・
コンピュータが組込んであると、簡単に行なうことがで
きる。特に、失火検出回路17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に鑑み、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にも、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）の具体的な回路構成等について
も、本発明においてこの失火検出回路17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染に強いとさ
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・タイミングも外部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、11は車両搭載バッテリによる直流電源、12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、15は点火コイル、
16は点火プラグ、17は失火検出回路、18は点火コイル二
次電流の検出抵抗、19は点火制御回路、20は駆動回路、
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。