JPS62223461A - 内燃機関の点火装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の点火装置、特に、いわゆるディスト
リビュータレス点火装置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の点火装置としては、例えば第８図に示す
ようなものがある。

同図において、点火時期の制御信号Ｓｐ＋〜Ｓｐｂはコ
ントロールユニット（図示路）から抵抗Ｒ１〜Ｒ６を介
してそれぞれ各気筒のパワートランジスタＱｌ−Ｑ６に
出力され、ＤＯＨＣエンジンのカム軸間の隙間に設けた
６気筒分の小型の閉磁路型のイグニションコイル１ａ〜
１ｆを別個に作動させて点火プラグ２ａ〜２ｆの放電作
用により混合気に点火する。

このような装置は各気筒への配電を６本の一次線で行い
、ディストリビエータ、ハイテンションケーブルを用い
ておらず、いわゆる電子配電システムＮ　Ｄ　Ｉ　Ｓ　
（ＮＩＳＳＡＮ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ　Ｓ
ｙｓｔｅｍ）と称される。これにより、配電部のギャッ
プ、ハイテンションケーブルの抵抗に起因する点火エネ
ルギのロスをなくするとともに、イグニションコイル１
ａ〜１「で発生した点火エネルギを直接点火プラグ２ａ
〜２ｆに供給している。このため、Ｄ　ＯＨＣ，エンジ
ンの高い要求二次電圧に対応した高電圧を高回転域まで
安定して供給できる。

一方、この他に本発明の出願人は、さらに運転条件によ
りＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータを併用して点火エネルギを
制御するようにした内燃機関の点火装置（特開昭６０−
２４７０５４号参照）を提案している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の点火装置に
あっては、前者の場合、イグニションコイルを小型にす
ることによって高い二次電圧を得ているが、二次インダ
クタンスが小さくなることから、放電時間が短くなる。

そのため、始動、アイドルを含む低負荷時の燃焼や加速
時（過渡瞬時）において点火エネルギの増大を要求され
るときに点火エネルギを太き（供給できず、近時の高い
運転性の確保に沿い難い。

一方、後者の先願に係る装置にあっては、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータによる点火エネルギは注入できるが、このコン
バータ出力を気筒別に振り分けるためのサイクスタ（Ｓ
ＣＲ）が必要となり、制御回路の複雑化やコスト高を避
は難く、この点で改善の余地がある。

また、前者における問題点解決の要求に沿うように、後
者の方式を単に前者に適用したのみでは、点火エネルギ
の増大をさほど必要としていない低出力領域でもＤ　Ｃ
／Ｄ　Ｃコンバータの出力が注入されることとなって効
率が悪い。

（発明の目的） そこで本発明は、運転条件に応じてＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコン
バークの出力を各気筒毎のイグニションコイルに供給す
ることにより、低コイルで点火エネルギ制御型の点火装
置を提供するとともに、全運転域に亘って高効率の点火
エネルギを供給して運転性を向上させることを目的とし
ている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の点火装置は上記目的達成のため
、その基本概念図を第１図に示すように、内燃機関の各
気筒毎に取り付けられた点火プラグａと、−次巻線と点
火プラグに接続される二次巻線を有する複数のイグニシ
ョンコイルｂと、点火信号に基づいて一次巻線に供給さ
れる直流電流を継断して二次巻線に高電圧を誘起させる
複数の継断手段Ｃと、制御信号により駆動して前記二次
巻線を介して点火プラグに点火エネルギを供給し、制御
信号の人力時間に応じて放電時間を延長させるとともに
、機関が低出力状態にあるときその出力程度に応じて該
放電時間を短縮させる補助電源ｄと、機関の出力状態を
検出する出力状態検出手段ｅと、機関の回転角度を検出
して点火時期を演算する点火時期演算手段ｆと、機関の
回転角度を検出して複数の気筒中より点火時期にある気
筒を判別する気筒判別手段ｇと、点火時期になるとエン
ジンの運転条件に応じて所定放電時間だけ制御信号を出
力する制御手段りと、点火時期演算手段ｆおよび気筒判
別手段ｇの出力に基づいて各気筒毎に前記点火信号を出
力する点火信号出力手段ｉと、を備えている。

（作用） 本発明では、イグニションコイルが各気筒毎に配設され
るとともに、各イグニションコイルの二次電流による点
火電流に加えて運転条件に応じて補助電源（Ｄ　Ｃ／Ｄ
　Ｃコンバータ）からの点火電流が同位相で供給される
。したがって、装置の複雑化を避けて低コスト化が図ら
れるとともに、点火の持続時間が長くなって着火性能、
燃焼性能が向上し、燃焼効率や燃費が向上する。

また、機関が低出力状態にあるときは、その出力程度に
応じて該点火持続時間が短縮される。その結果、全運転
域において最小かつ最適な点火エネルギ制御を高効率で
行うことができる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１１〜１４は
それぞれ各気筒別（＃１〜＃４は第１気筒〜第４気筒を
表す）に配設されたイグニションコイルであり、イグニ
ションコイル１１〜１４の一次巻線にはそれぞれ図外の
バッテリより直流電圧■、が印加されるとともに、継断
手段１５が接続される。

継断手段１５は各気筒に対応する４つのパワートランジ
スタＱ１１〜Ｑ１４および抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４により構
成され、点火信号８１〜Ｓ４に基づいてイグニションコ
イル１１〜１４のそれぞれに供給される。直流電流を継
断して各二次巻線に高電圧を誘起さ廿る。

一方、イグニションコイル１１〜１４の二次巻線にはそ
れぞれ各気筒に対応する４つの点火プラグ１６〜１９が
接続されるとともに、高圧ダイオード２０〜２３を介し
て接地され、さらにこれら高圧ダイオード２０〜２３の
カソード側は補助電源であるＤ　Ｃ／ＤＣコンバータ２
４に接続される。なお、イグニションコイル１１〜１４
としては超小型の閉磁路式モールドコイルタイプのもの
が用いられ、ＤＯＨＣのカム軸間に収納される。

Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４はトランス２５、整流器
２６、トランジスタＱ１５、Ｃ１６、アンドゲート２７
〜３０、単安定マルチバイブレーク（例えば、ＣＤ４０
４７）　３１、抵抗Ｒ１５〜Ｒ１Ｂ、可変抵抗ＶＲＩお
よびコンデンサＣｌ−Ｃ５により構成され、アンドゲー
ト２８．３０に入力される制御信号Ｓ、が（Ｈ）レベル
である所定時間のみ点火エネルギ（−２〜−３ＫＶの電
圧）を供給する。

すなわち、単安定マルチバイブレーク３１は互いに逆位
相で特定周波数（例えば、１０ｋｌｌｚ）のパルス信号
Ｓ６、Ｓ７をそれぞれアンドゲート２７．２９を介して
アンドゲート２８．３０に出力しており、このアンドゲ
ート２８．３０には制御信号Ｓ、が入力される。制御信
号Ｓ、が（Ｈ）レベルであるとき単安定マルチバイブレ
ーク３１からのパルス信号Ｓ６、Ｓ、と同期したパルス
信号Ｓ、、Ｓ、がそれぞれアンドゲート２８．３０から
トランジスタＱ１５、Ｃ１６に出力され、該信号Ｓ、　
、Ｓ、に同期してトランジスタＱ１５、Ｃ１６が交互に
０Ｎ−ＯＦＦを繰り返す。トランジスタＱ１５、Ｃ１６
の０Ｎ−ＯＦＦによりトランス２５の一次電流の方向が
周期的に反転し、二次側に高電圧Ｓ１゜が誘導される。

この高電圧Ｓ１゜が整流器２６で整流され、点火エネル
ギとしてイグニションコイル１１〜１４の二次側電圧に
重畳され、点火プラグ１６〜１９に供給される。なお、
高圧ダイオード２０〜２３はＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ
２４からの高電圧Ｓ、。の逆方向への流出を阻し、点火
プラグ１６〜１９への方向のみに限定している。

上述した点火信号Ｓ、−Ｓ４および制御信号Ｓｓはコン
トロールユニット４０から出力されており、コントロー
ルユニット４０はエンジンの各種１　制御に必要な演算
処理を行う。コントロールユニット４０の制御系は同図
のようなブロック構成図で表すレ、コントロールユニッ
ト４０はクランク角センサ４６と共に気筒判別手段、点
火時期演算手段としての機能を存するとともに、単独で
制御手段、点火信号出力手段としての機能を併せもつ。

ＣＰＵ４１は２ＭＨｚのクリスタル４２の刻む演算タイ
ミングに同期して処理を行い、波形整形回路４３、Ａ／
Ｄ変換器４４およびバッファ回路４５からの入力情報を
取り込む。波形整形回路４３にはクランク角センサ４６
からのクランク角信号ＲＥＦ、ＰＯ３が入力され、波形
整形回路４３は各信号を波形整形してＣＰ　Ｕ４１に出
力する。

ここに、上記信号ＲＥＦはクランク角の基準位置、ＰＯ
３は単位クランク角に対応じている。この場合、信号Ｒ
ＥＦは４気筒エンジンの場合、各気筒毎にα°、β°、
γ°、δ°のパルス幅を有し、例えばα°　〉β°　〉
γ°　〉δ°に設定すると、何れの信号ＲＥＦが出力さ
れても気筒の判別が可能となる。なお、信号ＰＯ８の倍
数がα゛、β°、ア・、δ・となり、１例としてＰＯ４
−１°ノドきα°＝１２°、β°−８°、γ°＝４°、
δ°＝２°に設定される。

また、Ａ／Ｄ変換器４４には第１センサ群４７がら圧力
センサ、スロットルセンサ、ホットフィルム（燃料の壁
流検出）、水温センサ、酸素センサ（０２センサ）、ハ
ンテリ電圧におけるセンサ情報が入力される。第１セン
ザ群４７における圧カセンザはエンジンの出力状態を検
出する出力状態検出手段としての機能を有し、スロット
ルセンサは過渡検出手段としての機能を有する、Ａ／Ｄ
変換器４４はこれらのセンサ入力をＡ／Ｄ変換してＣＰ
Ｕ４１に出力する。

ここで、スロットルセンサの具体例は第３図（ａｌ、（
ｂｌのように示される。第３図（ａｌ、（ｂ）において
、４８はアイドルスイッチであり、アイドルスイッチ４
８はスロットルに連動して回動する中心軸４９に取り付
けられた摺動子５０が巻線抵抗５１上を移動しポテンシ
ョンメータとして機能するとともに、さらにフル接点５
２、アイドル接点５３によりスロットルの全開、全閉状
態を検出してコネクタ５４．５５からそれらの情報が取
り出される。

さらに、バッファ回路４５には第２センサ群５６から重
速、スターＩ・スイッチ、アイドルスイッチ、ニュート
ラルスイッチ、ＩＧＮ（イグニション）スイッチ、エア
コンスイッチ、仕様切換におけるセンサ情報が入力され
る。バッファ回路４５はこれらのセンサ入力をバッファ
増幅してＣＰ　Ｕ４１に出力する。ＣＰ　Ｕ４１は上記
各入力情報に基づいて点火時期にある気筒を判別すると
ともに点火時期を設定して点火時期信号ＳＯを発生させ
信号発生回路５７を介して点火信号Ｓ、〜Ｓ４を出力し
、さらに機関の運転条件に応じて割り付けられた所定の
テーブルマツプより点火における放電時間の最適値をル
ックアップし、これに対応する制御信号Ｓ５を出力する
。

また、ＣＰ　Ｕ４１は上述のような点火時期制御に関す
る出力信号のみならず、グループ噴射回路５８を介して
４気筒のうちのグループ１に係る噴射信号（Ｆ／ＩＮＪ
）およびグループ２に係る噴射信号（Ｆ／ＴＮＪ）を出
力するとともに、０Ｎ１０ＦＦ制御回路５９を介してタ
ービン型の燃料ポンプ（Ｆ／ＰＵＭＰ）を駆動する信号
や、ＥＧＲ、ツユニルカットを行うリレー（ＥＧｒリレ
ー）、ＥＣＳの自己診断を行う等の信号を出力する。

なお、ＣＰ　Ｕ４１の処理動作を補助するものとして、
５■の安定電流源を作るレギュレータ回路６０、ＣＰ　
Ｕ４１におけるメモリのバックアップ回路６１および書
き換え可能なＥＰ−ＲＯＭ６２がある。

次に、第４図に示すタイミングチャートを参照して作用
を説明する。

クランク角センサ４６の出力ＲＥＰＳＰＯ３に基づいて
点火気筒が判別され、所定の点火時期が演算されて点火
時期信号Ｓｏが発生する。この点火時１００信号Ｓｏは
信号発生回路５７によって気筒別に振り分けられ、点火
信号８１〜Ｓ４として継断手段１５に入力される。これ
らの信号８１〜Ｓ４によって継断手段１５におけるパワ
ートランジスタＱｌｌ〜Ｑ１４が猟犬順序に従って順次
駆動してイグニションコイル１１〜１４の一吹型流Ｓｌ
ｌ〜Ｓ１４が遮断制御される。これらの−吹型流Ｓｌｌ
〜Ｓ１４の遮断制御によりイグニションコイル１１〜１
４の二次Ｓ”＋Ｍに高電圧が誘起し、二次電流３２１〜
ＳＺ４として各気筒の点火プラグ１６〜１９に供給され
る。

一方、機関の運転条件は第１センサ群４７および第２セ
ンナ群５６の出力に基づいてＣＰ　Ｕ４１により判別さ
れ、これらの運転条件に応じて最適放電時間に対応する
制御信号Ｓ、がＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４に出力さ
れる。制御信号Ｓ、がＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４に
出力されている期間のみ高電圧ＳＩ。

が発生し、点火エネルギとしてイグニションコイル１１
〜１４の二次電圧に重畳される。したがって、二次電流
３２１〜３２４は第４図に示すように、−吹型ｍ　Ｓ　
＋　Ｉ−３１４に対応する点火エネルギ部分く斜線■の
部分）およびＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４からの高電
圧ＳＩＧに対応する点火エネルギ部分（斜線Ｈの部分）
の双方を含むものとなる。なお、同図中では第１気筒（
＃ｌ）のみを例示しているが、他気筒についても同様で
ある。

すなわら、イグニションコイル１１〜１４の二次側には
これら各コイルの定数のみによる２次点火エネルギ（１
）に加えて、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４からの高電
圧ＳＩＯが他の２次点火エネルギ（ＩＩ）として付加さ
れ、各点火プラグ１６〜１９のギヤツブにはこれらが合
成された二次電流３２１〜ＳＺ４がそれぞれ供給される
。したがって、従来のようにイグニションコイルのみに
よる点火エネルギで混合気に点火する場合に比して、よ
り大きな点火エネルギで混合気に点火することができる
。このため、従来例で述べたように始動、アイドルを含
む低負荷時の燃焼や加速時（過渡瞬時）において点火エ
ネルギの増大を要求されているような場合に点火エネル
ギが適切に増大されることとなって、近時の高い運転性
確保の要請に沿うことができる。

なお、運転条件に応じた制御信号Ｓ、の設定による点火
エネルギをＥｓで表すと、このＥ、は次式■のように示
される。

但し、ｉ、二点火二次電流 ｖ５　：点火二次電圧 り、：放電時間 なお、ｉ、とｖｓは第５図（ａｌ、（ｂ）ノようニ示す
れる。

また、本実施例ではＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４の出
力Ｓ１゜を気筒別に振り分けるためのサイリスクが不要
であるため、先願に係る装置に比して装置の複雑化やコ
スト高を避４Ｊるごとかできる。ざらに、本実施例のよ
うな点火システムはイグニションコイル１１〜１４をＤ
ＯＨＣのカム軸間に収納することができるため、これら
がカバーで覆われて整Ｄｈ７性が向上すると共に美観が
向上し、エンジンイメージに対する斬新性を高めること
ができる。

さらに、本実施例ではＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４の
出力線が各イグニションコイル１１〜１４の二次Ｓ綿に
直接接続されているため、効率が高くなり、Ｄ　Ｃ／Ｄ
　Ｃコンバータ２４の出力を低くしかつ小型にすること
ができる。しかし、一方において例えば第１気筒で点火
をしたとき第２気筒が吸入行程にあるという事態が生じ
る。この場合、減速時や連続降板時等のようにエンジン
回転数が高くてスロ・７トルが閉じているときには、燃
焼室内圧力が大きな負圧となる。このため、吸入行程に
ある第２気筒における点火プラグギャップの放電開始電
圧（Ｂｒｅａｋ−ｄｏｗｎ電圧）Ｖａは低下する。この
とき、［）Ｃ／ＤＣコンバータ２４の出力電圧ＳＩＯが
ＶＢより高いと、第２気筒においてこの出力電圧Ｓ１゜
で飛火する可能性がある。

これを防ぐためと減速、連続降板時には高点火エネルギ
が元来不要であることに鑑み、かかる場合に本実施例で
は制御信号Ｓ５の出ノｊを停止して上記出力電圧ＳＩＯ
の発生を抑制している。上述した減速、連続降板の領域
は第６図のように示される。なお、該領域は低出力状態
に相当し、圧力センサを用いて吸気管内負圧をパラメー
タとして検出される。したがって、このような低出力状
態のときに制？′ｌｌｌ信号Ｓ５の出力が停止されるこ
とにより、点火エネルギをそのときの運転領域に応じた
適切なもの（必要かつ最小限のもの）として供給するこ
とができ、電力消費低減による燃費向上が図れる。

また、本実施例ではエンジン負荷が急変する過渡（例え
ば、加速）時において、空燃比が急に希薄混合気となる
ような場合に、点火エネルギを増大させて失火等に対処
し、より運転性を高めている。すなわち、上記過渡時に
点火エネルギが小さいと希薄混合気では失火が発生する
ため、加速時にヘジテーション、スタンプル等の運転性
不良が起きやすい。

そこで本実施例では、過渡の検出をスロットルセンナで
検出し、過渡時には点火エネルギを増大させている。

第７図は上記過渡の一例として加速時におりる点火エヱ
ルギ制御のタイミングチャー１−を示している。

いま、第７図（１）に示すようにタイミング１．で加速
されてスロットル開度ＴＶ○が全開になると、同図（ｂ
）に示すように燃料噴射−１Ｑｆも全開弁に演算される
とともに、さらにこれに過渡補正増量分が加算されて燃
料面からの補正が行われる。しかし、加速に伴う吸入空
気量の変化に基づいて噴射量が演算されるというプロセ
スを経るため、燃料の増量補正にも拘らず同図（Ｃ１に
示すように空燃比はタイミングし、直後一時的に目標値
よりリーンな状態となり、その後リンチな状態を経て目
標値に落ちつく。このような空燃比のリーン化の時点で
失火等が引き起こされるおそれがあること前述の通りで
ある。

そこで本実施例にあっては、加速情報をより早く検知す
るためスロットルセンサによりスロットルの開度変化が
検出される。そして、加速を検出すると直ちにＣＰ　０
４１により最適な放電時間が演算され、これに応じた点
火エネルギがＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ２４から点火プ
ラグ１６〜１９に供給される。

すなわち、第７図（ｅｌに示すように加速直後がら空燃
比の変化に対応じて放電時間の延長が図られ、同図（ｄ
）に示すように点火エネルギが増大される。

したがって、加速時における空燃比のリーン化にも拘ら
ず点火エネルギの増大により失火を回避して、ヘジテー
シヨン、スタンプル等の運転性の低下を防市することが
できる。

また、例えば燃焼の悪化するアイドル運転時にはアイド
ルスイッチでこれを検出し、制御信号Ｓ。

のパルス幅を大きくすることで、燃焼を改善、シ安定し
たアイドル状態を保つようにしてもよい。なお、このよ
うな点火エネルギの増大は、いわゆる「割り込み点火エ
ネルギ制御」と称される。

なお、近時要求の高い燃費向上をさらに図るために、運
転条件の全域あるいは部分的において希薄燃焼が行われ
る場合もあるが、このような燃料時にも運転条件の判別
を行って、制御信号Ｓ５のパルス幅を大きくして点火エ
ネルギを増大させるようにしてもよい。

以上のように、低出力時および過渡時の運転条件を判別
し、これに応じて制御信号Ｓ、のパルス幅を制御するこ
とにより、全運転域において、最小かつ最適な点火エネ
ルギ制御できる高効率の点火システムを実現できる。

なお、スロットルが全開時の高温のときには点火プラグ
の耐久性が問題となるが、点火エネルギ自体を小としつ
つも二次放電電圧を高くする等して点火性を確保するこ
とで電極摩耗を低減させる。

（効果） 本発明によれば、運転条件に応じて各気筒毎に配設した
イグニションコイルに補助電源からの点火エネルギを重
畳して供給しているので、低コストでかつ全運転域にお
いて最小かつ最適な点火エネルギ制御を高効率で行うこ
とができ、機関の運転性、燃費を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜７図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその回路構成図、第３
図（ａｌはそのスロットルセンサの平面図、第３図ｆｂ
ｌはそのスロットルセンサの断面図、第４図はその各部
信号のタイミングチャート、第５図はその点火エネルギ
を説明するためのタイミングチャート、第６図はそのｌ
・ルクと運転領域との関係を示す図、第７図はその過渡
時におりる作用を説明するための夕２ｆミングチャート
、第８図は従来の内燃機関の点火装置を示すその回路図
である。 １１〜１４・・・・・・イグニションコイル、１５・・
・・・・継断手段、 １６〜１９・・・・・・点火プラグ、 ２４・・・・・・Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ（補助電源
）、４０・・・・・・コントロールユニット（Ｉｆｆ手
段、点火信号出力手段）、 ４７・・・・・・第１センサ群（スロットルセンサ：出
力状態検出手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）内燃機関の各気筒毎に取り付けられた点火プラグと
   、 ｂ）一次巻線と点火プラグに接続される二次巻線を有す
   る複数のイグニションコイルと、 ｃ）点火信号に基づいて一次巻線に供給される直流電流
   を継断して二次巻線に高電圧を誘起させる複数の継断手
   段と、 ｄ）制御信号により駆動して前記二次巻線を介して点火
   プラグに点火エネルギを供給し、制御信号の入力時間に
   応じて放電時間を延長させるとともに、機関が低出力状
   態にあるときその出力程度に応じて該放電時間を短縮さ
   せる補助電源と、 ｅ）機関の出力状態を検出する出力状態検出手段と、 ｆ）機関の回転角度を検出して点火時期を演算する点火
   時期演算手段と、 ｇ）機関の回転角度を検出して複数の気筒中より点火時
   期にある気筒を判別する気筒判別手段と、ｈ）点火時期
   になるとエンジンの運転条件に応じて所定放電時間だけ
   制御信号を出力する制御手段と、 ｉ）点火時期演算手段および気筒判別手段の出力に基づ
   いて各気筒毎に前記点火信号を出力する点火信号出力手
   段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の点火装置。