JPH11159428A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点火コイルの１次コイルへの通電がオン状態
となったときに２次コイル側に発生するオン電圧による
点火プラグに対する火花の発生を防止すること。 【解決手段】 ディストリビュータレスで独立点火方式
であって、複数の点火コイル１０の２次コイル１５の低
圧側には１つのＤＣ／ＤＣコンバータ４０が直列に接続
されている。点火コイル１０の１次コイル１４への通電
に伴って２次コイル１５側に発生されるオン電圧を抑制
するため、その発生以前からＤＣ／ＤＣコンバータ４０
にてオン電圧と極性が逆の電圧が発生され印加される。
このため、オン電圧による点火プラグ７に対する火花の
発生により燃料が燃焼状態に至ることが防止され、内燃
機関に異常振動が発生したりして正常な運転状態が妨げ
られることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の各気筒
毎に配設された点火プラグに対して１対１に点火コイル
を接続する所謂ディストリビュータレスで独立点火方式
の内燃機関用点火装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の各気筒毎に配設された
点火プラグに対して点火コイルで発生させた高電圧をデ
ィストリビュータを介して配電することで、所望の点火
プラグに火花を発生させるディストリビュータ分配方式
の点火装置が知られている。また、ディストリビュータ
分配方式の点火装置に対して、ディストリビュータを用
いずにスイッチング素子等を用い電気的に配電を行うデ
ィストリビュータレスの点火装置も知られている。

【０００３】このディストリビュータレスの点火装置の
うち、内燃機関の各気筒毎に配設された点火プラグと１
対１に点火コイルを接続する独立点火方式と呼ばれる点
火装置では、点火コイルが点火プラグの真上に配置され
プラグコードが不要であり点火エネルギのロスを低減で
きる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のディ
ストリビュータレスで独立点火方式の内燃機関用点火装
置において、点火コイルの１次コイルへの通電がオフ状
態からオン状態となったときに２次コイル側に発生し、
点火電圧と極性が逆で点火プラグに印加される電圧（以
下、『オン電圧』と記す）により、所望の点火時期以外
で点火プラグに火花が発生することがある。このよう
に、所望の点火時期以外で点火プラグに火花が発生し燃
料の燃焼状態が起こると、内燃機関に異常振動等が発生
しその正常な運転状態が妨げられるという不具合があっ
た。

【０００５】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、ディストリビュータレスで独
立点火方式の内燃機関用点火装置であって、点火コイル
の１次コイルへの通電がオフ状態からオン状態となった
ときに２次コイル側に発生するオン電圧によって点火プ
ラグに火花が発生することを防止可能な内燃機関用点火
装置の提供を課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関用点
火装置によれば、イグナイタにて点火コイルの１次コイ
ルに通電された際、その２次コイル側に発生されるオン
電圧の大きさが、電圧抑制手段にて極性が逆の電圧が印
加されることで抑制される。このように、オン電圧に伴
い点火プラグに印加される２次電圧が、点火プラグで火
花が発生しない電圧となるように電圧抑制手段により抑
制されることで燃料の燃焼に至ることがない。これによ
り、内燃機関に異常振動が発生したりして正常な運転状
態が妨げられることがないという効果が得られる。

【０００７】請求項２の内燃機関用点火装置では、イグ
ナイタが点火コイルと一体に形成されているため、ディ
ストリビュータレスで独立点火方式の点火装置に適合
し、内燃機関のシリンダヘッド部分の構成が簡素化され
ると共に、組付け信頼性を向上することができる。

【０００８】請求項３の内燃機関用点火装置では、点火
コイルがプラグホール内を利用して組付けられ点火プラ
グと直接電気的に接続されるため、ディストリビュータ
レスで独立点火方式の点火装置に適合し、内燃機関のシ
リンダヘッド部分の構成が簡素化されると共に、組付け
信頼性を向上することができる。

【０００９】請求項４の内燃機関用点火装置では、点火
コイルの１次コイルへの通電前から点火後までの間、１
次コイル通電時に２次コイルに発生する電圧と逆の極性
の電圧が印加されることにより請求項１と同様の効果が
得られると共に、更に点火時における点火プラグへの火
花エネルギが増大されるので、着火性の向上を図ること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用点火装置が適用された４気筒内燃機関に
おける１気筒の要部構成を示す断面図である。

【００１２】図１において、内燃機関１は各気筒内に燃
料を直接噴射する直接噴射式ガソリン機関である。内燃
機関１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸
気管２の上流側のスロットル弁（図示略）を介して吸入
された空気は、吸気弁４の開弁時期にシリンダヘッド１
ａとピストン５とで形成される燃焼室６内に供給され
る。また、内燃機関１のシリンダヘッド１ａの頭頂部に
は燃焼室６内に向けて点火プラグ７が配設されている。
そして、内燃機関１のシリンダヘッド１ａの横側には燃
料噴射弁８が配設され、その噴射孔８ａは燃焼室６内に
突出されている。

【００１３】そして、高圧燃料ポンプ（図示略）にて加
圧され燃料噴射弁８に供給される高圧燃料は、燃料噴射
弁８の開弁時期に燃焼室６内に直接噴射される。この燃
焼室６内に直接噴射された高圧燃料が吸気弁４側から吸
入された空気と混合され、点火プラグ７からの火花によ
り燃焼される。そして、この燃焼室６で燃焼された排気
ガスは排気弁９の開弁時期に排気管３側に排出される。
ここで、点火プラグ７の上部にはイグナイタ一体型の点
火コイル１０が圧入され電気的に接続されている。

【００１４】次に、点火コイル１０の構成について図２
の詳細断面図を参照して説明する。

【００１５】図２において、点火コイル１０のコイルケ
ース１１は、コネクタハウジング１２を有する頭部１３
と、１次コイル１４及び２次コイル１５を内蔵する円筒
状の筒部１６と、点火プラグ７に嵌着する高圧タワー部
１７とから構成され、これら頭部１３、筒部１６及び高
圧タワー部１７は、例えば、ポリブチレンテレフタレー
ト（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の絶縁
性樹脂を用いて別体に成形されている。このコイルケー
ス１１は、全長が１３０〔ｍｍ：ミリメートル〕以上に
形成されている。

【００１６】頭部１３には、コネクタピン１８をインサ
ート成形したコネクタハウジング１２が一体成形され、
この頭部１３の内部にはイグナイタ１９が搭載され、図
示しない内燃機関制御用ＥＣＵ（Electronic Control U
nit:電子制御ユニット）から出力された点火信号ＩＧt
がコネクタピン１８を介してイグナイタ１９に入力され
る。この頭部１３の内部に搭載されたイグナイタ１９の
周囲には、絶縁性封止樹脂としてエポキシ系熱硬化性樹
脂等の熱硬化性樹脂２０が真空充填されている。

【００１７】一方、筒部１６は、肉厚が１．０〔ｍｍ〕
以下に形成され、その内部の中心部には円柱状の中心コ
ア２１とその外周側には円筒状の外周コア２２とが同心
状に収納されている。そして、円筒状の外周コア２２の
内周側には絶縁樹脂製のボビン２３に巻回された１次コ
イル１４が装着され、その内周側には絶縁樹脂製のボビ
ン２４に巻回された２次コイル１５が装着されている。
更に、中心コア２１の両端には、１次コイル１４及び２
次コイル１５により励磁されて発生する磁束とは逆方向
の極性の磁石２５，２６が配設されている。また、筒部
１６の下端面には、２次コイル１５の一端に接続された
ターミナルプレート２７が固定されている。この筒部１
６内の空隙部にも、絶縁性封止樹脂としてエポキシ系熱
硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂２０が真空充填されてい
る。

【００１８】高圧タワー部１７の上部中心には、高圧タ
ーミナル２８を上向きに固着したターミナルカップ２９
がインサート成形され、このターミナルカップ２９の下
向きの凹部内に導電性のスプリング（高圧端子部）３０
の上端が固定されている。この高圧ターミナル２８は、
ターミナルプレート２７に圧接して電気的に導通した状
態に保持される。高圧タワー部１７の下部側は筒状に形
成され、そこにゴム製のプラグキャップ３１が嵌着され
ている。この高圧タワー部１７のプラグキャップ３１が
点火プラグ７の上部に圧入されることで、このプラグキ
ャップ３１の弾性圧着力により両者の連結状態が保持さ
れると共に、スプリング３０の下端が点火プラグ７の端
子に圧接された状態となり、それによって、２次コイル
１５の一端がターミナルプレート２７、高圧ターミナル
２８、ターミナルカップ２９及びスプリング３０を介し
て点火プラグ７の端子に電気的に接続される。この高圧
タワー部１７の内部にも、絶縁性封止樹脂としてエポキ
シ系熱硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂２０が真空充填され
ている。

【００１９】頭部１３と筒部１６と高圧タワー部１７と
の接続部３２，３３は、圧入嵌合する構造となってお
り、各接続部３２，３３は、それぞれ接着剤にて接着さ
れシールされている。このような構造の点火コイル１０
では、コイルケース１１の成形材料として、その内部に
充填するエポキシ系の熱硬化性樹脂２０との密着性が良
いポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂が主に用
いられている。

【００２０】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる内燃機関用点火装置の電気的構成を示す図３及びそ
の動作におけるタイムチャートを示す図４を参照して説
明する。なお、図３に示すように、内燃機関１の各気筒
には同じ点火コイル１０が配設されており、同様の構成
または相当部分からなるものについては同一符号及び同
一記号を付して示す。また、図４には、１気筒分の信号
の遷移状態を示す。

【００２１】上述のように構成された点火コイル１０
は、図１に示すように、内燃機関１の各気筒のシリンダ
ヘッド１ａの頭頂部に設けられた点火プラグ７を取付け
るためのプラグホール内に収容され点火プラグ７と１対
１に直接電気的に接続され組付けられている。点火コイ
ル１０の１次コイル１４の一端は車載された共通のバッ
テリ電源電圧＋Ｂと接続され、他端はイグナイタ１９内
のスイッチング素子Ｓ1〜Ｓ4 とそれぞれ接続されてい
る。また、点火コイル１０の２次コイル１５の一端は点
火プラグ７とそれぞれ接続され、点火コイル１０から外
部に引出された２次コイル１５の他端は共通のＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４０と直列に接続されている。

【００２２】ＥＣＵ（図示略）からスイッチング素子Ｓ
1 〜Ｓ4 に出力される点火信号ＩＧt1〜ＩＧt4がオフ
（ＯＦＦ）状態からオン（ＯＮ）状態とされると（図４
参照）、点火コイル１０の２次コイル１５側にはトラン
スの原理と共振現象によりオン電圧ＶONが発生される。
ここで、点火コイル１０における１次コイル１４の巻数
をＮ1 、２次コイル１５の巻数をＮ2 、１次コイル１４
に印加される電圧をＶ1とすると、オン電圧ＶONは次式
（１）にて算出される。但し、ｋは共振による係数で点
火コイル１０の特性によって変化する。

【００２３】

【数１】 ＶON＝ｋ×（Ｎ2 ／Ｎ1 ）×Ｖ1 ・・・（１） このため、例えば、（Ｎ2 ／Ｎ1 ）＝７７、Ｖ1 ＝１
５．１〔Ｖ：ボルト〕（レギュレータによるバッテリ調
整電圧の最大値）に設定されており、ｋ＝１．５である
とすると、２次コイル１５には約１．７５〔ｋＶ：キロ
ボルト〕のオン電圧ＶONが発生される。

【００２４】図３に示すように、１つのＤＣ／ＤＣコン
バータ４０が複数の点火コイル１０とそれぞれ直列接続
されている。ＥＣＵ（図示略）からＤＣ／ＤＣコンバー
タ４０に出力される動作指令信号ＩＧｗによって、点火
コイル１０の２次コイル１５には上述のオン電圧ＶONと
極性が逆の電圧が、点火信号ＩＧｔがオフ状態からオン
状態となる以前（図４に示す時間Ｔ0 前）に印加され
る。即ち、図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４
０による印加電圧分によって２次電圧Ｖ2 がそれまでの
二点鎖線にて示す遷移状態から実線にて示す遷移状態ま
で低い電圧にオフセットされる。このとき、２次電圧Ｖ
2 におけるＤＣ／ＤＣコンバータ４０の印加電圧分及び
オン電圧の上限値が、所望の点火時期でない点火プラグ
７に火花が発生することがないよう、即ち、以下の要求
電圧を越えないように規定される。これにより、点火コ
イル１０の２次コイル１５側に高耐圧ダイオード等を挿
入しオン電圧を防止する必要がなくなる。

【００２５】パッシェンの法則によれば、点火プラグ７
に印加される電圧が次式（２）で算出される要求電圧Ｖ
r 〔ｋＶ〕以上になると点火プラグ７で火花が発生す
る。

【００２６】

【数２】 Ｖr ＝ａ×ＰCYL ×Ｌ＋Ｃ ・・・（２） 但し、ａ，Ｃは定数でａ≒１／９８．１〔ｋＶ／ｋＰａ
（キロパスカル）・ｍｍ〕、Ｃ≒１〔ｋＶ〕であり、Ｐ
CYL は燃焼室の圧力〔ｋＰａ〕、Ｌは点火プラグ７の放
電ギャップ〔ｍｍ〕である。つまり、燃焼室の圧力ＰCY
L が低く、点火プラグ７の放電ギャップＬが小さいほど
低い電圧で点火プラグ７に火花が発生する。一般的な内
燃機関では、高回転域の下死点付近で約２５〔ｋＰａ〕
まで燃焼室の圧力ＰCYL が低下する可能性があり、放電
ギャップＬの最小値は０．７〔ｍｍ〕程度である。

【００２７】そこで、上式（２）にＰCYL ＝２５〔ｋＰ
ａ〕、Ｌ＝０．７〔ｍｍ〕を代入すると、要求電圧Ｖr
＝（１／９８．１）×２５×０．７＋１≒１．１８〔ｋ
Ｖ〕となる。即ち、点火プラグ７に印加される電圧が
１．１８〔ｋＶ〕以上になると点火プラグ７に火花が発
生する可能性がある。これは、点火プラグ７に印加され
る電圧が１．１８〔ｋＶ〕未満であれば点火プラグ７に
火花が発生しないことを意味している。このことから、
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０による印加電圧は、１．７５
−１．１８＝０．５７〔ｋＶ〕以上であればよいことと
なる。

【００２８】また、図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコン
バータ４０からの電圧を点火プラグ７の点火後まで印加
することで火花エネルギが増加し、着火性の向上を図る
ことができる。ここで、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ４
０が複数の点火コイル１０とそれぞれ直列接続され共通
利用されていることから、所望の点火時期にある点火プ
ラグ７に対するＤＣ／ＤＣコンバータ４０からの印加電
圧は、所望の点火時期にない点火プラグ７に火花が発生
することがないよう、即ち、点火プラグ７の要求電圧を
越えないように１．１８〔ｋＶ〕未満とされる。これに
より、内燃機関の正常な運転状態を維持するためのＤＣ
／ＤＣコンバータ４０による適切な印加電圧の範囲は、
点火コイル１０の２次コイル１５に発生するオン電圧と
極性が逆で０．５７〔ｋＶ〕以上かつ１．１８〔ｋＶ〕
未満となる。

【００２９】このように、本実施例の内燃機関用点火装
置は、内燃機関１の各気筒毎に配設された点火プラグ７
と１対１に接続され、２次コイル１５側に発生する電圧
を点火プラグ７に印加する複数の点火コイル１０と、複
数の点火コイル１０における２次コイル１５の低圧側と
電気的に直列に接続され、イグナイタ１９にて複数の点
火コイル１０の１次コイル１４に通電されたとき、２次
コイル１５に発生するオン電圧と極性が逆の電圧を発生
するＤＣ／ＤＣコンバータ４０からなる１つの電圧抑制
手段とを具備するものである。

【００３０】つまり、点火信号がオフ状態からオン状態
となりイグナイタ１９にて点火コイル１０の１次コイル
１４に通電された際、その２次コイル１５側に発生され
るオン電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０から極性が逆
の電圧が印加されることで抑制される。このため、点火
プラグ７に印加されるオン電圧を、例えば、高耐圧ダイ
オード等を挿入して防止する必要がない。即ち、オン電
圧に伴い点火プラグ７に印加される２次電圧が要求電圧
を越えないようにＤＣ／ＤＣコンバータ４０からの極性
が逆の電圧により抑制できることで、点火プラグ７に火
花が発生することがなくなり燃料の燃焼に至ることがな
い。これにより、内燃機関に異常振動が発生したりして
正常な運転状態が妨げられることがないという効果が得
られる。

【００３１】また、本実施例の内燃機関用点火装置は、
イグナイタ１９が点火コイル１０と一体に形成されてい
るものである。つまり、イグナイタ１９は点火コイル１
０に内蔵され電気的に接続されている。このように、イ
グナイタ１９が内蔵された点火コイル１０は、ディスト
リビュータレスで独立点火方式の点火装置に適合し、内
燃機関１のシリンダヘッド１ａ部分の構成が簡素化され
ると共に、組付け信頼性を向上することができる。

【００３２】そして、本実施例の内燃機関用点火装置
は、点火コイル１０が内燃機関１に設けられた点火プラ
グ７を取付けるためのプラグホール１ｂ内に組付けられ
ているものである。即ち、点火コイル１０はプラグホー
ル１ｂ内を利用して組付けられ点火プラグ７と直接電気
的に接続されている。このような点火コイル１０は、デ
ィストリビュータレスで独立点火方式の点火装置に適合
し、内燃機関１のシリンダヘッド１ａ部分の構成が簡素
化されると共に、組付け信頼性を向上することができ
る。

【００３３】更に、本実施例の内燃機関用点火装置は、
イグナイタ１９により点火コイル１０の１次コイル１４
に通電が行われる前から点火プラグ７の点火後まで電圧
を発生するものである。即ち、イグナイタ１９による点
火コイル１０の１次コイル１４の通電前から点火プラグ
７の点火後までの間、１次コイル１４通電時に２次コイ
ル１５に発生する電圧と逆の極性の電圧が印加される。
このため、２次コイル１５側に発生されるオン電圧で点
火プラグ７に火花が発生することがなくなり燃料の燃焼
に至ることがない。これにより、内燃機関に異常振動が
発生したりして正常な運転状態が妨げられることがなく
なると共に、更に点火時における点火プラグ７への火花
エネルギが増大されるので、着火性の向上を図ることが
できる。

【００３４】ところで、上記実施例では、電圧抑制手段
としてＤＣ／ＤＣコンバータ４０を用いたが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、要
は点火信号がオフ状態からオン状態となる以前にバッテ
リ電源電圧を所定の電圧まで昇圧し点火コイル１０の２
次コイル１５側に印加することで所定電圧以下にオン電
圧を抑制できればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用点火装置が適用された４気筒内燃機関にお
ける１気筒の要部構成を示す断面図である。

【図２】 図２は図１の点火コイルの構成を示す詳細断
面図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る内燃機関用点火装置の電気的構成を示す回路図であ
る。

【図４】 図４は図３の回路における動作を示すタイム
チャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関（直接噴射式ガソリン機関） １ｂ プラグホール ７ 点火プラグ １０ 点火コイル １４ １次コイル １５ ２次コイル ４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧抑制手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒毎に配設された複数の
   点火プラグと１対１に接続され、２次コイル側に発生す
   る電圧を前記点火プラグに印加する複数の点火コイル
   と、 前記複数の点火コイルにおける前記２次コイルの低圧側
   と電気的に直列に接続され、イグナイタにて前記複数の
   点火コイルのうち少なくとも１つの点火コイルの１次コ
   イルに通電されたとき、前記２次コイルに発生する電圧
   と極性が逆の電圧を発生する１つの電圧抑制手段とを具
   備することを特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 【請求項２】 前記イグナイタは、前記点火コイルと一
   体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記点火コイルは、前記内燃機関に設け
   られた前記点火プラグを取付けるためのプラグホール内
   に組付けられていることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 【請求項４】 前記電圧抑制手段は、前記イグナイタに
   より前記点火コイルの前記１次コイルに通電が行われる
   前から前記点火プラグの点火後まで電圧を発生すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載
   の内燃機関用点火装置。