JP2948023B2 - 内燃機関の誘導放電型点火装置 - Google Patents
内燃機関の誘導放電型点火装置Info
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- JP2948023B2 JP2948023B2 JP4153296A JP15329692A JP2948023B2 JP 2948023 B2 JP2948023 B2 JP 2948023B2 JP 4153296 A JP4153296 A JP 4153296A JP 15329692 A JP15329692 A JP 15329692A JP 2948023 B2 JP2948023 B2 JP 2948023B2
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- ignition
- voltage
- primary
- coil
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P3/00—Other installations
- F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
- F02P3/04—Layout of circuits
- F02P3/055—Layout of circuits with protective means to prevent damage to the circuit, e.g. semiconductor devices or the ignition coil
- F02P3/0552—Opening or closing the primary coil circuit with semiconductor devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【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、点火コイルの１次コイルの電流を半導体スイ
ッチによって遮断して、点火コイルの２次コイルに高電
圧を誘起し、点火プラグに放電させる、いわゆる、誘導
放電型の点火装置に関する。さらに、本発明は、この型
の装置の点火方法に関する。
し、特に、点火コイルの１次コイルの電流を半導体スイ
ッチによって遮断して、点火コイルの２次コイルに高電
圧を誘起し、点火プラグに放電させる、いわゆる、誘導
放電型の点火装置に関する。さらに、本発明は、この型
の装置の点火方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる誘導放電型の点火装置は、例え
ば、特開昭50−112630号公報に記載されているように、
知られている。この公報に示されているように、誘導放
電型の点火コイルでは、点火プラグに発生する電圧の立
上りを急峻とし、且つ、放電時間を長くするためには、
点火装置は点火コイルの１次巻線と２次巻線の巻き数比
は小さくなくてはならず、さらに、１次コイルのインダ
クタンスは充分に大きくなくてはならない。
ば、特開昭50−112630号公報に記載されているように、
知られている。この公報に示されているように、誘導放
電型の点火コイルでは、点火プラグに発生する電圧の立
上りを急峻とし、且つ、放電時間を長くするためには、
点火装置は点火コイルの１次巻線と２次巻線の巻き数比
は小さくなくてはならず、さらに、１次コイルのインダ
クタンスは充分に大きくなくてはならない。
【０００３】負荷時の２次コイルの電圧Ｖ2′ はＶ
Z（半導体スイッチの破壊電圧)にコイルの巻数比ａを乗
じたものに比例する。一般に、乾いた点火プラグではＶ
2′ は約２８ｋＶである。また、一般に巻数比ａは８５
から１００である。Ｖ2′ は大きいことが望ましいが、
一方、巻数比ａは小さいことが望ましく、両者の関係は
相反している。また、半導体スイッチの破壊電圧Ｖz は
なるべく大きくとれると都合がよいのは技術的に常識だ
が、しかし、これにはハードウェアの面から限界が生じ
ている。近来、ツェナダイオード等の半導体スイッチの
破壊電圧の上限は一般に４００Ｖであることが知られて
いる。
Z（半導体スイッチの破壊電圧)にコイルの巻数比ａを乗
じたものに比例する。一般に、乾いた点火プラグではＶ
2′ は約２８ｋＶである。また、一般に巻数比ａは８５
から１００である。Ｖ2′ は大きいことが望ましいが、
一方、巻数比ａは小さいことが望ましく、両者の関係は
相反している。また、半導体スイッチの破壊電圧Ｖz は
なるべく大きくとれると都合がよいのは技術的に常識だ
が、しかし、これにはハードウェアの面から限界が生じ
ている。近来、ツェナダイオード等の半導体スイッチの
破壊電圧の上限は一般に４００Ｖであることが知られて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さらに、点火プラグの
絶縁部にカーボンが付着してこれにガソリンが吸収され
湿気を帯び、いわゆる点火プラグがくすぶり状態となっ
たときには別の問題が生じてくる。すなわち、点火プラ
グの外側の絶縁部分と、点火プラグの電極部分が、電気
的に接続されてしまう。
絶縁部にカーボンが付着してこれにガソリンが吸収され
湿気を帯び、いわゆる点火プラグがくすぶり状態となっ
たときには別の問題が生じてくる。すなわち、点火プラ
グの外側の絶縁部分と、点火プラグの電極部分が、電気
的に接続されてしまう。
【０００５】正常な状態，乾いた状態のときに、絶縁部
分と電極部分の間の抵抗値は理論的には無限大であり、
実際には約１０ＭΩ以上と見做すことができる。しか
し、例えば−３０度摂氏のような低温時に点火プラグが
くすぶってしまうと、漏洩抵抗（絶縁部と電極部の抵
抗）は約１００ｋΩくらいまで低下する。このとき、正
常な状態で（乾いた状態）動作する２８ｋよりかなり低
い電圧で、外側の電極と絶縁部の間で放電が生じること
となる。
分と電極部分の間の抵抗値は理論的には無限大であり、
実際には約１０ＭΩ以上と見做すことができる。しか
し、例えば−３０度摂氏のような低温時に点火プラグが
くすぶってしまうと、漏洩抵抗（絶縁部と電極部の抵
抗）は約１００ｋΩくらいまで低下する。このとき、正
常な状態で（乾いた状態）動作する２８ｋよりかなり低
い電圧で、外側の電極と絶縁部の間で放電が生じること
となる。
【０００６】本発明は発明者の次のような基本的な発見
に基づいて成立すると信じる。すなわち、点火プラグの
漏洩抵抗が１００ｋΩから１００ＭΩ（実質的に無限
大）の範囲で変化するという認識のもとに本発明は成り
立っている。
に基づいて成立すると信じる。すなわち、点火プラグの
漏洩抵抗が１００ｋΩから１００ＭΩ（実質的に無限
大）の範囲で変化するという認識のもとに本発明は成り
立っている。
【０００７】さらに、従来技術では、他の問題点も有し
ている。外側電極と中央電極との間に火花がとんで混合
気への着火が起こるが、エンジンが高速で回転している
ときには、シリンダー内に供給される混合気により火花
の吹き消えが生じる。そのために、エンジンが高速で回
転しているときには、正常な着火が困難となる。
ている。外側電極と中央電極との間に火花がとんで混合
気への着火が起こるが、エンジンが高速で回転している
ときには、シリンダー内に供給される混合気により火花
の吹き消えが生じる。そのために、エンジンが高速で回
転しているときには、正常な着火が困難となる。
【０００８】本発明は以上に説明した従来技術の問題点
を解決することを目的としている。
を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、１次巻線と
２次巻線とを有するコイルと、前記１次巻線に電圧を印
加する印加手段と、前記２次巻線からの電気信号を入力
して燃料に点火する点火手段と、を備えた内燃機関の誘
導放電型点火装置において、前記電圧は３５０Ｖ以上で
あって、前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数比は
６０以上７０以下であって、前記１次巻線に流れる電流
は６Ａ以上であることによって達成される。 また、上記
目的は、内燃機関の気筒毎に設けられ、１次巻線と２次
巻線とを有するコイルと、前記１次巻線に印加する電圧
をオンオフするスイッチ手段と、前記２次巻線の出力を
点火プラグに供給する供給手段と、を備えた内燃機関の
誘導放電型点火装置において、前記スイッチ手段は１チ
ップの半導体スイッチであって、前記電圧は３５０Ｖ以
上であって、前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数
比は６０以上７０以下であって、前記１次巻線に流れる
電流は６Ａ以上であることによって達成される。
２次巻線とを有するコイルと、前記１次巻線に電圧を印
加する印加手段と、前記２次巻線からの電気信号を入力
して燃料に点火する点火手段と、を備えた内燃機関の誘
導放電型点火装置において、前記電圧は３５０Ｖ以上で
あって、前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数比は
６０以上７０以下であって、前記１次巻線に流れる電流
は６Ａ以上であることによって達成される。 また、上記
目的は、内燃機関の気筒毎に設けられ、１次巻線と２次
巻線とを有するコイルと、前記１次巻線に印加する電圧
をオンオフするスイッチ手段と、前記２次巻線の出力を
点火プラグに供給する供給手段と、を備えた内燃機関の
誘導放電型点火装置において、前記スイッチ手段は１チ
ップの半導体スイッチであって、前記電圧は３５０Ｖ以
上であって、前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数
比は６０以上７０以下であって、前記１次巻線に流れる
電流は６Ａ以上であることによって達成される。
【００１０】
【作用】このような構成によれば、たとえ点火プラグが
汚れたりくすぶって濡れた状態になっても最低限の点火
プラグの電極間の電圧Ｖ2′ が得られるので、適正な点
火動作が実現できる。このような構成では、また、最大
１次電流に対する２次電流のピーク値を大きくすること
ができ、エンジンが高速で回転している時でも、混合気
による点火火花の吹き消えを押えることができる。
汚れたりくすぶって濡れた状態になっても最低限の点火
プラグの電極間の電圧Ｖ2′ が得られるので、適正な点
火動作が実現できる。このような構成では、また、最大
１次電流に対する２次電流のピーク値を大きくすること
ができ、エンジンが高速で回転している時でも、混合気
による点火火花の吹き消えを押えることができる。
【００１１】
【実施例】本発明の詳細な実施例を説明する前に、まず
始めに、本発明を構成する発明者の基本的な認識につい
て説明する。
始めに、本発明を構成する発明者の基本的な認識につい
て説明する。
【００１２】図１は、点火プラグの電極の電圧Ｖ2′ の
増加に対する点火プラグの着火成功率を示したものであ
る。図１から、着火を９０％以上の確率でおこなうため
には点火プラグの電極間の電圧Ｖ2′ を１０ｋＶ以上と
することが必要なのが分かる。また、６０％以上の着火
のためには点火プラグの電極間の電圧Ｖ2′ が６ｋＶ以
上となることが必要である。
増加に対する点火プラグの着火成功率を示したものであ
る。図１から、着火を９０％以上の確率でおこなうため
には点火プラグの電極間の電圧Ｖ2′ を１０ｋＶ以上と
することが必要なのが分かる。また、６０％以上の着火
のためには点火プラグの電極間の電圧Ｖ2′ が６ｋＶ以
上となることが必要である。
【００１３】図２は１次電流に対する２次電圧を示して
いる。この図は、乾いた点火プラグでは、エンジンに要
求される最大２次電圧（これは点火プラグのギャップ，
点火の遅角及びリーン時の空燃比及びプラグ電極の温度
によって決定される）を得るためには１次電流が６Ａ必
要なことが分かる。したがって、エンジンの最小限の２
次電圧（２８ｋＶ）を得るためには少なくとも６Ａの１
次電流が要求される。点火プラグが乾いた状態にあると
きに、点火コイルの巻数比を決定するために、図３に示
される関係を用いる。図３には点火コイルの巻数比に対
する２次電圧が示されている。この図では、負荷係数α
に対するツェナ電圧ＶZ の異なりを示している。なお、
コイルの効率から考えると負荷係数はなるべく１に近づ
くことが望まれる。１に近づけば、１次コイルから２次
コイルに電圧が変換されるとき（Ｖ1からＶ2に変換）効
率が良くなる。図３において、２次電圧を約２８ｋＶと
すれば、ＶZ は３５０Ｖから４００Ｖ（少なくとも３５
０Ｖ以上）の範囲になければならない。これによれば、
可能な最小負荷係数は１.１ であり、このときに、巻数
比は７０となる。
いる。この図は、乾いた点火プラグでは、エンジンに要
求される最大２次電圧（これは点火プラグのギャップ，
点火の遅角及びリーン時の空燃比及びプラグ電極の温度
によって決定される）を得るためには１次電流が６Ａ必
要なことが分かる。したがって、エンジンの最小限の２
次電圧（２８ｋＶ）を得るためには少なくとも６Ａの１
次電流が要求される。点火プラグが乾いた状態にあると
きに、点火コイルの巻数比を決定するために、図３に示
される関係を用いる。図３には点火コイルの巻数比に対
する２次電圧が示されている。この図では、負荷係数α
に対するツェナ電圧ＶZ の異なりを示している。なお、
コイルの効率から考えると負荷係数はなるべく１に近づ
くことが望まれる。１に近づけば、１次コイルから２次
コイルに電圧が変換されるとき（Ｖ1からＶ2に変換）効
率が良くなる。図３において、２次電圧を約２８ｋＶと
すれば、ＶZ は３５０Ｖから４００Ｖ（少なくとも３５
０Ｖ以上）の範囲になければならない。これによれば、
可能な最小負荷係数は１.１ であり、このときに、巻数
比は７０となる。
【００１４】図４には、くすぶり状態での巻数比と点火
コイルの電極間電圧Ｖ2′ の特性が示されている。この
図は１００ｋΩ，２５ｐＦ負荷時に、１次電流を変化さ
れたものを示している。図１から、濡れ状態では、点火
コイルの電極間の電圧Ｖ2′は少なくとも６ｋＶが必要
であり、また、図２から１次電流は少なくとも６Ａが望
ましいことが分かる。したがって、１次電流を６Ａとす
るには巻数比が７０であることが必要である。この巻数
比は図３に示されるような正常状態でも望ましい。
コイルの電極間電圧Ｖ2′ の特性が示されている。この
図は１００ｋΩ，２５ｐＦ負荷時に、１次電流を変化さ
れたものを示している。図１から、濡れ状態では、点火
コイルの電極間の電圧Ｖ2′は少なくとも６ｋＶが必要
であり、また、図２から１次電流は少なくとも６Ａが望
ましいことが分かる。したがって、１次電流を６Ａとす
るには巻数比が７０であることが必要である。この巻数
比は図３に示されるような正常状態でも望ましい。
【００１５】以上のような認識から、装置の望ましい各
々の値を引き出すことが可能である。
々の値を引き出すことが可能である。
【００１６】図５を用いて、本発明の実施例を、配電器
なしに直接各気筒に点火コイルから点火エネルギを供給
する、いわゆるダイレクトイグニションシステム（通称
ＤＩＳ）に適用したものを説明する（６気筒エンジ
ン）。
なしに直接各気筒に点火コイルから点火エネルギを供給
する、いわゆるダイレクトイグニションシステム（通称
ＤＩＳ）に適用したものを説明する（６気筒エンジ
ン）。
【００１７】イグニションコイル１１〜１６は、１次コ
イル２１〜２６と２次コイル３１〜３６（高電圧を点火
プラグＰ１〜Ｐ6に供給）を有し、１次コイル２１〜２
６は、一方をバッテリＢＴに、他端をイグニションコイ
ル駆動用のダーリントントランジスタ（対）４１〜４６
に接続されている。ダーリントントランジスタ（対）４
１〜４６はそれぞれダーリントン接続された２つのトラ
ンジスタＴ1，Ｔ2と抵抗Ｒ1，Ｒ2から成りトランジスタ
Ｔ1 のベースにはドライブ回路ＤＣから接続点ａ3〜ｆ3
及び抵抗Ｒ3 を介して点火信号が入力される。更にダー
リントントランジスタ４１〜４６はトランジスタＴ1 の
コレクタ−ベース間にツェナダイオードＺD ，トランジ
スタＴ2 のコレクタ−エミッタ間にダイオードＤが逆バ
イアスに接続されている。また、トランジスタＴ2 のエ
ミッタとトランジスタＴ1 のコレクタとの間にはダーリ
ントントランジスタ４１〜４６のコレクタ−エミッタ回
路を流れる電流がダーリントントランジスタ４１〜４６
を熱的に破壊しない範囲で所定値(本実施例巻数比６５
で８Ａ)を確保できるようにする電流制限回路ＩＬ1〜Ｉ
Ｌ6 が接続されている。そして破線で囲んだこれら素子
は一つの半導体層に形成され、１チップのパワースイッ
チＰSW1〜ＰSW6を構成している。これらパワースイッチ
ＰSW1〜ＰSW6は一つの基板ＰＬ上にまとめて接合配置さ
れ、パワーモジュールＰSWを構成している。
イル２１〜２６と２次コイル３１〜３６（高電圧を点火
プラグＰ１〜Ｐ6に供給）を有し、１次コイル２１〜２
６は、一方をバッテリＢＴに、他端をイグニションコイ
ル駆動用のダーリントントランジスタ（対）４１〜４６
に接続されている。ダーリントントランジスタ（対）４
１〜４６はそれぞれダーリントン接続された２つのトラ
ンジスタＴ1，Ｔ2と抵抗Ｒ1，Ｒ2から成りトランジスタ
Ｔ1 のベースにはドライブ回路ＤＣから接続点ａ3〜ｆ3
及び抵抗Ｒ3 を介して点火信号が入力される。更にダー
リントントランジスタ４１〜４６はトランジスタＴ1 の
コレクタ−ベース間にツェナダイオードＺD ，トランジ
スタＴ2 のコレクタ−エミッタ間にダイオードＤが逆バ
イアスに接続されている。また、トランジスタＴ2 のエ
ミッタとトランジスタＴ1 のコレクタとの間にはダーリ
ントントランジスタ４１〜４６のコレクタ−エミッタ回
路を流れる電流がダーリントントランジスタ４１〜４６
を熱的に破壊しない範囲で所定値(本実施例巻数比６５
で８Ａ)を確保できるようにする電流制限回路ＩＬ1〜Ｉ
Ｌ6 が接続されている。そして破線で囲んだこれら素子
は一つの半導体層に形成され、１チップのパワースイッ
チＰSW1〜ＰSW6を構成している。これらパワースイッチ
ＰSW1〜ＰSW6は一つの基板ＰＬ上にまとめて接合配置さ
れ、パワーモジュールＰSWを構成している。
【００１８】このパワーモジュールＰSWにはパワースイ
ッチＰSW1〜ＰSW6のダーリントントランジスタ４１〜４
６のコレクタと点火コイル１１〜１６の１次コイル２１
〜２６とを接続する為の接続端子ａ2〜ｆ2が、また点火
信号を供給するドライブ回路ＤＣとダーリントントラン
ジスタ４１〜４６の初段トランジスタＴ1 のベースとを
接続する為の接続端子ａ3〜ｆ3と、更に、パワースイッ
チＰSW1〜ＰSW6を接地する為のアース端子ＧＲが、それ
ぞれ形成されている。尚、ａ1〜ｆ1は、電源線と点火コ
イル１１〜１６との接続点を示す符号である。
ッチＰSW1〜ＰSW6のダーリントントランジスタ４１〜４
６のコレクタと点火コイル１１〜１６の１次コイル２１
〜２６とを接続する為の接続端子ａ2〜ｆ2が、また点火
信号を供給するドライブ回路ＤＣとダーリントントラン
ジスタ４１〜４６の初段トランジスタＴ1 のベースとを
接続する為の接続端子ａ3〜ｆ3と、更に、パワースイッ
チＰSW1〜ＰSW6を接地する為のアース端子ＧＲが、それ
ぞれ形成されている。尚、ａ1〜ｆ1は、電源線と点火コ
イル１１〜１６との接続点を示す符号である。
【００１９】エンジンコントロールユニットＥＣＵ（マ
イクロコンピュータにより作動）はエンジンの運転パラ
メータを受けとり、これを解析する。エンジンコントロ
ールユニットＥＣＵはドライブ回路ＤＣに接続されてお
り、これを駆動する。また、バッテリＢＴは、フューズ
Ｆ及びスイッチＫSWを直列に介して、イグニションコイ
ル１１〜１６に接続される。
イクロコンピュータにより作動）はエンジンの運転パラ
メータを受けとり、これを解析する。エンジンコントロ
ールユニットＥＣＵはドライブ回路ＤＣに接続されてお
り、これを駆動する。また、バッテリＢＴは、フューズ
Ｆ及びスイッチＫSWを直列に介して、イグニションコイ
ル１１〜１６に接続される。
【００２０】このような装置の動作について、機関の回
転に同期して回転するクランクシャフトの回転角θは図
示しないクランク角センサによって検出され、エンジン
コントロールユニットＥＣＵを構成するマイクロコンピ
ュータにシーケンシャルに読み込まれる。
転に同期して回転するクランクシャフトの回転角θは図
示しないクランク角センサによって検出され、エンジン
コントロールユニットＥＣＵを構成するマイクロコンピ
ュータにシーケンシャルに読み込まれる。
【００２１】機関に吸入される空気量Ｑa は図示しない
がよく知られた例えば熱線式空気流量センサによって検
出され、マイクロコンピュータに読み込まれる。
がよく知られた例えば熱線式空気流量センサによって検
出され、マイクロコンピュータに読み込まれる。
【００２２】機関の暖機状態は冷却水温ＴW で代替えさ
れ、図示しない水温センサによって検出され、同様にし
てマイクロコンピュータに読み込まれる。
れ、図示しない水温センサによって検出され、同様にし
てマイクロコンピュータに読み込まれる。
【００２３】機関の運転状態がアイドル運転か否かはス
ロットル弁に設けたアイドルスイッチＩSW（図示せず）
によって検出され、同様にＥＣＵ（マイクロコンピュー
タ）に読み込まれる。
ロットル弁に設けたアイドルスイッチＩSW（図示せず）
によって検出され、同様にＥＣＵ（マイクロコンピュー
タ）に読み込まれる。
【００２４】機関の点火時期を最適進角位置に調整する
ため、機関のノッキング状態が図示しないノックセンサ
ＫＮＯで検出され同様にＥＣＵ（マイクロコンピュー
タ）に読み込まれる。
ため、機関のノッキング状態が図示しないノックセンサ
ＫＮＯで検出され同様にＥＣＵ（マイクロコンピュー
タ）に読み込まれる。
【００２５】更に機関の燃焼状態を左右する空気と燃料
の混合割り合いは排気ガス中の酸素濃度で代替えされ、
排気マニホールド中（図示せず）に取付けた図示しない
酸素濃度センサによって検出され、同様にＥＣＵ（マイ
クロコンピュータ）に読み込まれる。
の混合割り合いは排気ガス中の酸素濃度で代替えされ、
排気マニホールド中（図示せず）に取付けた図示しない
酸素濃度センサによって検出され、同様にＥＣＵ（マイ
クロコンピュータ）に読み込まれる。
【００２６】エンジンコントロールユニットＥＣＵ内の
マイクロコンピュータは、これらの入力情報を基にし
て、機関の運転に最適な、燃料供給量及び点火時期、１
次コイルへの通電時間を演算し、図示しない燃料噴射弁
や図５に示される点火装置を制御する。点火時期及び１
次コイルへの通電時間信号は各気筒毎に演算される。
マイクロコンピュータは、これらの入力情報を基にし
て、機関の運転に最適な、燃料供給量及び点火時期、１
次コイルへの通電時間を演算し、図示しない燃料噴射弁
や図５に示される点火装置を制御する。点火時期及び１
次コイルへの通電時間信号は各気筒毎に演算される。
【００２７】基本点火時期は機関の回転数によって演算
される。この回転数はクランク角信号θの単位時間当り
のカウント数から求められる。クランク角センサは更に
基準気筒信号と気筒判別信号を出力し、これによって各
気筒毎に進角基準点が設定される。
される。この回転数はクランク角信号θの単位時間当り
のカウント数から求められる。クランク角センサは更に
基準気筒信号と気筒判別信号を出力し、これによって各
気筒毎に進角基準点が設定される。
【００２８】基本点火時期は吸入空気量θや水温ＴW ，
アイドルスイッチの状態を示す信号ＩSW，機関のノック
状態を示す信号ＫＮＯ、更には酸素濃度Ｏ2 等の少なく
とも一つの信号によって補正される。この補正は各信号
毎に設けられた点火時期補正マップから各信号毎に読み
出された補正値を基本点火時期に加算することによって
実行される。
アイドルスイッチの状態を示す信号ＩSW，機関のノック
状態を示す信号ＫＮＯ、更には酸素濃度Ｏ2 等の少なく
とも一つの信号によって補正される。この補正は各信号
毎に設けられた点火時期補正マップから各信号毎に読み
出された補正値を基本点火時期に加算することによって
実行される。
【００２９】通電時間も同じ様にして各気筒毎に演算及
び補正され、点火時期信号と共にドライブ回路ＤＣを介
して点火装置へ供給される。
び補正され、点火時期信号と共にドライブ回路ＤＣを介
して点火装置へ供給される。
【００３０】エンジンの第１気筒に設置された点火プラ
グＰ1 は点火コイル１１によって点火エネルギが供給さ
れる。
グＰ1 は点火コイル１１によって点火エネルギが供給さ
れる。
【００３１】キースイッチＫSWが閉じるとヒューズＦを
介してバッテリＢＴから点火装置に電力が供給される。
介してバッテリＢＴから点火装置に電力が供給される。
【００３２】上述のステップに従って第１気筒の点火装
置の通電時間が決定されると接続端子ａ3 に接続された
ドライブ回路ＤＣの出力端子が点火時期信号の到来に先
立ってHighレベルになる。これによって抵抗Ｒ3 を介し
てダーリントントランジスタ４１の初段トランジスタＴ
1 のベースに電流が流れる。この電流はトランジスタＴ
1 の増幅率ｈfe倍に増幅され、トランジスタＴ1 のコレ
クタ−エミッタを通じてトランジスタＴ2 のベースに供
給される。トランジスタＴ2 のコレクタ−エミッタには
更にトランジスタＴ2 の増幅率ｈfe倍された電流が流れ
る。
置の通電時間が決定されると接続端子ａ3 に接続された
ドライブ回路ＤＣの出力端子が点火時期信号の到来に先
立ってHighレベルになる。これによって抵抗Ｒ3 を介し
てダーリントントランジスタ４１の初段トランジスタＴ
1 のベースに電流が流れる。この電流はトランジスタＴ
1 の増幅率ｈfe倍に増幅され、トランジスタＴ1 のコレ
クタ−エミッタを通じてトランジスタＴ2 のベースに供
給される。トランジスタＴ2 のコレクタ−エミッタには
更にトランジスタＴ2 の増幅率ｈfe倍された電流が流れ
る。
【００３３】この電流はヒューズＦ，キースイッチＫSW
を介し、点火コイル１１の１次コイル２１を通じて流れ
るので１次電流と呼ぶ。この１次電流は、後述する立上
り特性で所定値（例えば８アンペア）まで増加する。
を介し、点火コイル１１の１次コイル２１を通じて流れ
るので１次電流と呼ぶ。この１次電流は、後述する立上
り特性で所定値（例えば８アンペア）まで増加する。
【００３４】１次電流はいつでも８アンペア流れるとは
限らない。点火コイルの１次コイルは周囲温度に依存す
る抵抗値を持っている。この為、点火装置の設計に際し
ては、あらかじめエンジンへ実際に取付けられた時の温
度状況でコイルの抵抗値がどの位高くなるかを調べてお
き、その時の抵抗値を基準にして、ダーリントントラン
ジスタ４１〜４６のベースに供給する電流の大きさ、あ
るいは、どの位の増幅率のダーリントントランジスタを
用いるかを決定する。
限らない。点火コイルの１次コイルは周囲温度に依存す
る抵抗値を持っている。この為、点火装置の設計に際し
ては、あらかじめエンジンへ実際に取付けられた時の温
度状況でコイルの抵抗値がどの位高くなるかを調べてお
き、その時の抵抗値を基準にして、ダーリントントラン
ジスタ４１〜４６のベースに供給する電流の大きさ、あ
るいは、どの位の増幅率のダーリントントランジスタを
用いるかを決定する。
【００３５】何故なら、常温の時のコイルの低い抵抗値
を基準にして１次電流を決定すると、エンジンが運転状
態になって点火コイルの温度が上昇した時、点火コイル
の抵抗値が高くなって所望の電流が１次コイルに流れな
くなってしまうからである。１次電流が欠乏すると点火
エネルギが不充分となって点火不能になる訳である。
を基準にして１次電流を決定すると、エンジンが運転状
態になって点火コイルの温度が上昇した時、点火コイル
の抵抗値が高くなって所望の電流が１次コイルに流れな
くなってしまうからである。１次電流が欠乏すると点火
エネルギが不充分となって点火不能になる訳である。
【００３６】この様に点火コイルの抵抗が高い値を示す
時のことを考慮してこの時に８アンペアの１次電流が流
れる様に設計しているので、エンジンの温度がまだ十分
に高くなっておらず、点火コイルが冷たい間は点火コイ
ルの抵抗が小さいが故に逆に１次電流が８アンペアを越
えて流れることがある。この時にはダーリントントラン
ジスタが流れすぎた電流によって異常発熱し、破壊する
恐れがある。
時のことを考慮してこの時に８アンペアの１次電流が流
れる様に設計しているので、エンジンの温度がまだ十分
に高くなっておらず、点火コイルが冷たい間は点火コイ
ルの抵抗が小さいが故に逆に１次電流が８アンペアを越
えて流れることがある。この時にはダーリントントラン
ジスタが流れすぎた電流によって異常発熱し、破壊する
恐れがある。
【００３７】この為に電流制限回路ＩＬ1〜ＩＬ6が設け
てある。電流制限回路は１次電流を検出して、この１次
電流が８アンペアを越えて流れようとすると作動して、
ダーリントントランジスタの入力電流を減らし、それ以
上１次電流が上昇しないように働くのである。
てある。電流制限回路は１次電流を検出して、この１次
電流が８アンペアを越えて流れようとすると作動して、
ダーリントントランジスタの入力電流を減らし、それ以
上１次電流が上昇しないように働くのである。
【００３８】かくして、１次電流が１次コイルに流れる
と１次コイルに点火の為のエネルギが蓄積される。
と１次コイルに点火の為のエネルギが蓄積される。
【００３９】演算された所定の通電時間が経過すると点
火時期信号が出力される。点火時期信号はドライブ回路
を介して接続端子ａ3 の電位をLow レベルにする信号と
して与えられる。
火時期信号が出力される。点火時期信号はドライブ回路
を介して接続端子ａ3 の電位をLow レベルにする信号と
して与えられる。
【００４０】点火時期信号によってダーリントントラン
ジスタ４１の入力電流がとだえると１次電流は急激に遮
断され、その際電磁誘導によって点火コイル１１の２次
コイル３１に急峻な立上りの高電圧が発生する。
ジスタ４１の入力電流がとだえると１次電流は急激に遮
断され、その際電磁誘導によって点火コイル１１の２次
コイル３１に急峻な立上りの高電圧が発生する。
【００４１】この時の１次コイルに誘導される電圧を１
次電圧，２次コイルに誘導される電圧を２次電圧と呼
び、両者の間には後述する関係がある。
次電圧，２次コイルに誘導される電圧を２次電圧と呼
び、両者の間には後述する関係がある。
【００４２】以下に図６の一つの気筒の点火装置につい
て等価回路を用いて、本発明の原理を説明する。図６に
その等価回路が示されており、それぞれ符号は以下のも
のを示す。
て等価回路を用いて、本発明の原理を説明する。図６に
その等価回路が示されており、それぞれ符号は以下のも
のを示す。
【００４３】Ｖ1 ：１次電圧 Ｖ2 ：２次電圧 Ｉ1 ：１次電流 Ｉ2 ：２次電流 ＶZ ：ツェナ電圧 Ｒ1 ：１次抵抗 Ｌ1 ：１次インダクタンス Ｒ2 ：２次抵抗 Ｌ2 ：２次インダクタンス ｋ ：１次側と２次側のコイルの結合係数 Ｃ2 ：内部浮遊容量 Ｒl ：負荷抵抗 Ｃl ：負荷容量 ＶB ：バッテリ電圧 ＶIN：パルス信号 Ｎ1 ：１次巻数 Ｎ2 ：２次巻数 ａ ：１次コイルと２次コイルの巻数比 点火コイルの出力特性とパワースイッチ特性との関係
は、鉄損銅損を無視すると、概略（数１）〜（数５）に
示される式で表わされる。
は、鉄損銅損を無視すると、概略（数１）〜（数５）に
示される式で表わされる。
【００４４】(ａ) 発生２次電圧 ｉ）ツエナ電圧による制限が無い時
【００４５】
【数１】
【００４６】ii）ツエナ電圧による制限が有る時
【００４７】
【数２】
【００４８】α：負荷係数１.１〜１.３ (ｂ) ２次電流
【００４９】
【数３】
【００５０】(ｃ) ２次エネルギ
【００５１】
【数４】
【００５２】(ｄ) 点火コイルの１次電流立上り特性
【００５３】
【数５】
【００５４】ＶCE：パワートランジスタのコレクタ・エ
ミッタ間電圧 ここで点火コイル無負荷時の２次出力Ｖ2 に対するくす
ぶり相当時（負荷時）の２次出力（点火プラグ電極間電
圧）Ｖ2′ は、図６の等価回路より概略(数６)式のよう
に示される。
ミッタ間電圧 ここで点火コイル無負荷時の２次出力Ｖ2 に対するくす
ぶり相当時（負荷時）の２次出力（点火プラグ電極間電
圧）Ｖ2′ は、図６の等価回路より概略(数６)式のよう
に示される。
【００５５】２次電圧の周波数ｆ＝１０ＫＨｚ位の時
は、１／ωＣl は約５００ｋΩであり、くすぶり時の負
荷抵抗Ｒl が１００ｋΩ位になることから、１／ωＣl
を無視すると負荷時の２次電圧（点火プラグ電極間電
圧）Ｖ2′ は、
は、１／ωＣl は約５００ｋΩであり、くすぶり時の負
荷抵抗Ｒl が１００ｋΩ位になることから、１／ωＣl
を無視すると負荷時の２次電圧（点火プラグ電極間電
圧）Ｖ2′ は、
【００５６】
【数６】
【００５７】ω：角周波数 ここで、Ｌ2≒１５Ｈであると、ωＬ2≒２π×１０ＫＨ
ｚ×１５Ｈ≒９００ｋΩであり、くすぶり時の負荷抵抗
Ｒl ≒１００ｋΩとなると、２次電圧Ｖ2′（点火プラ
グ電極間電圧）が著しく低下する。
ｚ×１５Ｈ≒９００ｋΩであり、くすぶり時の負荷抵抗
Ｒl ≒１００ｋΩとなると、２次電圧Ｖ2′（点火プラ
グ電極間電圧）が著しく低下する。
【００５８】図７では、Ｖ2 が３５０Ｖのときに、負荷
抵抗を変化させているが、点火プラグ電極の電圧Ｖ2′
はくすぶり時（１００ｋΩ〜１ＭΩ）に大きく降下して
いる。また、図７では、実線は従来技術（Ｉ1 ＝６Ａ，
巻数比ａ＝８５）を、点線は本実施例（Ｉ1 ＝８Ａ，巻
数比ａ＝６５）を示している。このように、図７からわ
かると思うが、充分な装置の動作を引き出すためには、
１００ｋΩでＶ2′ が６ｋＶ以上となることが必要であ
る。
抵抗を変化させているが、点火プラグ電極の電圧Ｖ2′
はくすぶり時（１００ｋΩ〜１ＭΩ）に大きく降下して
いる。また、図７では、実線は従来技術（Ｉ1 ＝６Ａ，
巻数比ａ＝８５）を、点線は本実施例（Ｉ1 ＝８Ａ，巻
数比ａ＝６５）を示している。このように、図７からわ
かると思うが、充分な装置の動作を引き出すためには、
１００ｋΩでＶ2′ が６ｋＶ以上となることが必要であ
る。
【００５９】更に、通常の点火プラグ（Ｃ1 ；２５ｐ
Ｆ）に１００ｋΩの抵抗を並列に接続して、種々の条件
下に点火の実験をおこなった。そして、点火プラグ電極
の電圧Ｖ2′が６.０ｋＶ以下に落ちたときに、点火性能
が急激に落ちて、点火動作が困難になることがわかった
（この様子は図１に示されている）。この様子は、同様
に、図８にも示されている。この図では、巻数比ａを変
えて、１次電流に対して２次電圧を描いている。本実施
例では、巻数比が６５であり、一方、従来技術では巻数
比が８５である。巻数比が７０以下であったときには、
点火プラグ電極の電圧Ｖ2′ が約６ｋＶに保たれれば適
切な点火動作（着火）が可能になる。
Ｆ）に１００ｋΩの抵抗を並列に接続して、種々の条件
下に点火の実験をおこなった。そして、点火プラグ電極
の電圧Ｖ2′が６.０ｋＶ以下に落ちたときに、点火性能
が急激に落ちて、点火動作が困難になることがわかった
（この様子は図１に示されている）。この様子は、同様
に、図８にも示されている。この図では、巻数比ａを変
えて、１次電流に対して２次電圧を描いている。本実施
例では、巻数比が６５であり、一方、従来技術では巻数
比が８５である。巻数比が７０以下であったときには、
点火プラグ電極の電圧Ｖ2′ が約６ｋＶに保たれれば適
切な点火動作（着火）が可能になる。
【００６０】したがって、負荷時に、少なくとも点火プ
ラグ電極電圧Ｖ2′が６.０ｋＶとなるように、２次イン
ダクタンスＬ2 及び２次抵抗Ｒ2 を選ばねばならない。
ラグ電極電圧Ｖ2′が６.０ｋＶとなるように、２次イン
ダクタンスＬ2 及び２次抵抗Ｒ2 を選ばねばならない。
【００６１】ここで、無負荷電圧Ｖ2 は前述の（数２）
式に示す如く、ツェナ電圧Ｖz によって１次電圧が規制
されるので、２次電圧を大きくする為には点火コイルの
巻数比ａを大きくする必要がある。
式に示す如く、ツェナ電圧Ｖz によって１次電圧が規制
されるので、２次電圧を大きくする為には点火コイルの
巻数比ａを大きくする必要がある。
【００６２】ところが、１次コイルの巻数を低減して巻
数比を上げるには限度がある。それは１次コイルの巻数
を低減すると１次インダクタンスが小さくなって、その
結果（数３）式に示す如く２次電流が小さくなり、また
（数４）式に示す如く２次エネルギが小さくなって、結
局、アーク放電の持続時間が短くなり、低温始動性悪化
や吹き消し現象を招き易くなるからである。
数比を上げるには限度がある。それは１次コイルの巻数
を低減すると１次インダクタンスが小さくなって、その
結果（数３）式に示す如く２次電流が小さくなり、また
（数４）式に示す如く２次エネルギが小さくなって、結
局、アーク放電の持続時間が短くなり、低温始動性悪化
や吹き消し現象を招き易くなるからである。
【００６３】そこで本実施例では、（数３）式と（数
６）式から２次電圧Ｖ2 が必要十分な２次電圧Ｖ2′(点
火プラグ電極電圧）を確保しつつ、２次電流が最大とな
る２次インダクタンスＬ2 を求め、これに基づいて１次
コイルと２次コイルの巻数比を決定した。
６）式から２次電圧Ｖ2 が必要十分な２次電圧Ｖ2′(点
火プラグ電極電圧）を確保しつつ、２次電流が最大とな
る２次インダクタンスＬ2 を求め、これに基づいて１次
コイルと２次コイルの巻数比を決定した。
【００６４】コイルの１次電流の立上り特性は、（数
５）式によって決まる。本実施例では１次インダクタン
スを２.１ｍＨとし、１次電流が８Ａまで２.２ｍsec 以
内に立上るように、1次抵抗Ｒ1 を０.５Ω とした。
５）式によって決まる。本実施例では１次インダクタン
スを２.１ｍＨとし、１次電流が８Ａまで２.２ｍsec 以
内に立上るように、1次抵抗Ｒ1 を０.５Ω とした。
【００６５】ここで、ダーリントンパワートランジスタ
４１は信頼性，コスト，現状の半導体の製造技術から電
流増幅率３００以上、ツェナダイオードの耐圧３５０Ｖ
以上、コレクタ電流容量８Ａ以上のものを選定した。
４１は信頼性，コスト，現状の半導体の製造技術から電
流増幅率３００以上、ツェナダイオードの耐圧３５０Ｖ
以上、コレクタ電流容量８Ａ以上のものを選定した。
【００６６】この結果、エンジンの要求電圧２８ｋＶを
最低限満足できるイグニションコイルの巻数比ａは７０
である。（数３）式より Ｉ2≒（１／７０)×８(Ａ)＝１１０ｍＡ ２次電流として１１０ｍＡ確保できたことがわかる。ま
た、従来の２次電圧重視形の場合は一般的に巻数比ａは
８５であり、（数３）式より（ｋを省略） Ｉ2≒（１／８５)×６(Ａ)＝７０ｍＡ ここで、巻数比ａは８５で１次電圧Ｉ1 は６Ａであり、
本実施例では、２次電流の５７％が改善されたことにな
る。
最低限満足できるイグニションコイルの巻数比ａは７０
である。（数３）式より Ｉ2≒（１／７０)×８(Ａ)＝１１０ｍＡ ２次電流として１１０ｍＡ確保できたことがわかる。ま
た、従来の２次電圧重視形の場合は一般的に巻数比ａは
８５であり、（数３）式より（ｋを省略） Ｉ2≒（１／８５)×６(Ａ)＝７０ｍＡ ここで、巻数比ａは８５で１次電圧Ｉ1 は６Ａであり、
本実施例では、２次電流の５７％が改善されたことにな
る。
【００６７】さらに、ツェナダイオード５の耐圧を選別
等により４００Ｖ以上確保すると （数２）式より巻数比ａ＝６４となり ａ＝Ｖ2／(α・ＶZ) ＝２８(ｋＶ)／(１.１×４００(Ｖ)）＝６４ ２次電流Ｉ2 は（数３）式より Ｉ2≒（１／６４)×８(Ａ)＝１２５ｍＡ となり従来型に比べてかなり改善されることがわかる。
以上の結果より、ツェナダイオードの耐圧を３５０Ｖ以
上でかつ巻数比を６０〜７０とし、かつ、１次電流を６
Ａ以上とすることにより、従来品に対し性能が大幅に改
善された。
等により４００Ｖ以上確保すると （数２）式より巻数比ａ＝６４となり ａ＝Ｖ2／(α・ＶZ) ＝２８(ｋＶ)／(１.１×４００(Ｖ)）＝６４ ２次電流Ｉ2 は（数３）式より Ｉ2≒（１／６４)×８(Ａ)＝１２５ｍＡ となり従来型に比べてかなり改善されることがわかる。
以上の結果より、ツェナダイオードの耐圧を３５０Ｖ以
上でかつ巻数比を６０〜７０とし、かつ、１次電流を６
Ａ以上とすることにより、従来品に対し性能が大幅に改
善された。
【００６８】他の実施例として、ダーリントンパワート
ランジスタのかわりに、パワーＭＯＳ ＦＥＴやＩＧＢ
Ｔ（insulated gate bipolar transisfers）を用いた場
合も効果は同じである。これらを用いた場合は、駆動電
流を著しく低減できるため、ドライバーを低消費電力化
できるメリットがある。さらに、高耐圧用のパワードラ
イバーを使用することも可能である。
ランジスタのかわりに、パワーＭＯＳ ＦＥＴやＩＧＢ
Ｔ（insulated gate bipolar transisfers）を用いた場
合も効果は同じである。これらを用いた場合は、駆動電
流を著しく低減できるため、ドライバーを低消費電力化
できるメリットがある。さらに、高耐圧用のパワードラ
イバーを使用することも可能である。
【００６９】また、巻数比を６０〜７０としておき、１
次電流を大きくして入力するエネルギを同じくして、１
次インダクタンスを低減すれば、２次インダクタンスも
低減でき、２次電流の立上り速度をアップできる効果が
ある。
次電流を大きくして入力するエネルギを同じくして、１
次インダクタンスを低減すれば、２次インダクタンスも
低減でき、２次電流の立上り速度をアップできる効果が
ある。
【００７０】図９は、従来技術における２次電圧及び２
次電流を示している。２０００r.p.m で混合比が１３で
あると、点火があると２次電圧が急激に落ち、その後比
較的に一定値を保つ。しかしエンジン速度が３０００r.
p.m で混合比が１３（比較的リーン）になると、点火か
ら５００μsec 後に２次電圧はかなり乱れている。４０
００r.p.m で混合比が１２になると、点火から４００μ
sec 後に点火は吹き消されている。エンジン速度が６０
００r.p.m で混合比が１０.８ になると、点火直後に吹
き消えが発生し、プラグギャップでの継続した火種が形
成しずらくない混合気の爆発が困難になる。
次電流を示している。２０００r.p.m で混合比が１３で
あると、点火があると２次電圧が急激に落ち、その後比
較的に一定値を保つ。しかしエンジン速度が３０００r.
p.m で混合比が１３（比較的リーン）になると、点火か
ら５００μsec 後に２次電圧はかなり乱れている。４０
００r.p.m で混合比が１２になると、点火から４００μ
sec 後に点火は吹き消されている。エンジン速度が６０
００r.p.m で混合比が１０.８ になると、点火直後に吹
き消えが発生し、プラグギャップでの継続した火種が形
成しずらくない混合気の爆発が困難になる。
【００７１】これと比較して本実施例の特性は図１０に
示されている。これから直ちに、６０００r.p.m でも、
吹き消えは点火から３００μsec も経過してから発生し
ているので、この間で（吹き消しに先き立って）、安定
した火種の形成ができ、機関の回転が安定する。
示されている。これから直ちに、６０００r.p.m でも、
吹き消えは点火から３００μsec も経過してから発生し
ているので、この間で（吹き消しに先き立って）、安定
した火種の形成ができ、機関の回転が安定する。
【００７２】このように、２次電流のアップと相剰して
低温始動性の改善および吹き消しに強いシステムとな
る。また、排気特性も向上する。
低温始動性の改善および吹き消しに強いシステムとな
る。また、排気特性も向上する。
【００７３】２次インダクタンスＬ2 は（数７）式によ
る。
る。
【００７４】
【数７】
【００７５】Ｌ2 ：２次インダクタンス Ｌ1 ：１次インダクタンス ａ ：巻数比 Ｌ1 は通常６ｍＨ〜９ｍＨ程度が選定されるが配電口２
の少ないＤＩＳ（Dilect Ignition System）では、２ｍ
Ｈ〜５ｍＨ程度のものが使用でき、大いに効果を発揮で
きる。
の少ないＤＩＳ（Dilect Ignition System）では、２ｍ
Ｈ〜５ｍＨ程度のものが使用でき、大いに効果を発揮で
きる。
【００７６】かくして決定した各諸元を以下に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】以下、表１に示された各諸元を用いて詳細
を解析する。
を解析する。
【００７９】点火コイル２次巻線に誘起された点火火花
電圧Ｖ2 の立ち上り時間（以下「立ち上り時間」と称す
る）は、点火コイル１次巻線の励起回路のしゃ断により
２次巻線に誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数ｆによ
って決定され、周波数が高いほど立ち上り時間は早くな
る。
電圧Ｖ2 の立ち上り時間（以下「立ち上り時間」と称す
る）は、点火コイル１次巻線の励起回路のしゃ断により
２次巻線に誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数ｆによ
って決定され、周波数が高いほど立ち上り時間は早くな
る。
【００８０】２次巻線に誘起される点火火花電圧Ｖ2 は
本質的に正弦波状に増大し、従って、その周波数は次式
で表わすように、２πと、２次インダクタンスＬ2 と２
次キャパシタンスＣ2 の積の平方根との積の逆数に等し
い。
本質的に正弦波状に増大し、従って、その周波数は次式
で表わすように、２πと、２次インダクタンスＬ2 と２
次キャパシタンスＣ2 の積の平方根との積の逆数に等し
い。
【００８１】
【数８】
【００８２】２次インダクタンスＬ2 は、点火コイル２
次巻線のインダクタンスと、無視しうる点火プラグリー
ドのきわめて小さいインダクタンスとから成る。従っ
て、２次巻線のインダクタンス値は２次インダクタンス
Ｌ2 と考えられる。２次キャパシタンスＣ2 は点火コイ
ル２次巻線巻き合せ中間層キャパシタンスと、点火プラ
グリードのキャパシタンスと、点火プラグキャパシタン
スと、その他浮遊キャパシタンスとから成る。点火コイ
ル２次巻線に誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数を高
めるには、点火コイル２次巻線インダクタンスＬ2 を減
少させねばならない。以下「アーク期間」と称する点火
アークの期間は、点火コイル１次コイルに蓄積されるエ
ネルギＷP によって決定される。蓄積されたエネルギが
大きいほど、アーク期間は長くなる。
次巻線のインダクタンスと、無視しうる点火プラグリー
ドのきわめて小さいインダクタンスとから成る。従っ
て、２次巻線のインダクタンス値は２次インダクタンス
Ｌ2 と考えられる。２次キャパシタンスＣ2 は点火コイ
ル２次巻線巻き合せ中間層キャパシタンスと、点火プラ
グリードのキャパシタンスと、点火プラグキャパシタン
スと、その他浮遊キャパシタンスとから成る。点火コイ
ル２次巻線に誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数を高
めるには、点火コイル２次巻線インダクタンスＬ2 を減
少させねばならない。以下「アーク期間」と称する点火
アークの期間は、点火コイル１次コイルに蓄積されるエ
ネルギＷP によって決定される。蓄積されたエネルギが
大きいほど、アーク期間は長くなる。
【００８３】
【数９】
【００８４】１次電流Ｉ1 の最大値は、１次巻線の電流
を流しかつしゃ断する能力によって決定される。従っ
て、１次巻線インダクタンスＬ1 は、最大１次巻線励起
電流Ｉ1 の一定アーク期間を生ずるのに必要な蓄積エネ
ルギＷP を得る如く選択されるべきである。点火コイル
２次コイルのインダクタンスＬ2 は、（数７）式で表わ
すように、点火コイル１次コイルのインダクタンスＬ1
と巻数比の自乗との積に等しい。
を流しかつしゃ断する能力によって決定される。従っ
て、１次巻線インダクタンスＬ1 は、最大１次巻線励起
電流Ｉ1 の一定アーク期間を生ずるのに必要な蓄積エネ
ルギＷP を得る如く選択されるべきである。点火コイル
２次コイルのインダクタンスＬ2 は、（数７）式で表わ
すように、点火コイル１次コイルのインダクタンスＬ1
と巻数比の自乗との積に等しい。
【００８５】（数７）式から、巻数比が小さいほど、２
次巻線インダクタンスＬ2 の値は小さくなり、（数８）
式から、点火コイル２次巻線に誘起される点火火花電圧
Ｖ2 の周波数は高くなることは明らかである。すなわ
ち、この発明による点火装置の一部分としての使用に適
する点火コイルは、必要な１次の電流を流しかつしゃ断
する能力によって設定される最大通電電流の流れによ
り、所望のアーク期間が得られるだけのエネルギＷP を
蓄積する十分なインダクタンス値の１次コイルと、所望
の立ち上り時間が得られるだけの小さい巻数比とを持た
ねばならない。
次巻線インダクタンスＬ2 の値は小さくなり、（数８）
式から、点火コイル２次巻線に誘起される点火火花電圧
Ｖ2 の周波数は高くなることは明らかである。すなわ
ち、この発明による点火装置の一部分としての使用に適
する点火コイルは、必要な１次の電流を流しかつしゃ断
する能力によって設定される最大通電電流の流れによ
り、所望のアーク期間が得られるだけのエネルギＷP を
蓄積する十分なインダクタンス値の１次コイルと、所望
の立ち上り時間が得られるだけの小さい巻数比とを持た
ねばならない。
【００８６】如何なる点火装置においても、一定のパラ
メータは、点火コイル１次電流を流しかつしゃ断する能
力により決定される最大点火コイル１次電流と、スイッ
チがオフとなり１次電流がしゃ断されたときの最大電圧
による決定される最大１次電圧Ｖ1 とであり、点火コイ
ル１次電流断続用ダーリントンパワートランジスタは損
傷または破壊されずに耐えることができる。この発明に
よる点火装置の一部分としての使用に適する点火コイル
を構成する工程を説明するため、ダーリントンパワート
ランジスタ４１〜４６の最大電流を流しかつしゃ断する
能力は８Ａとし、コレクタ−エミッタ電極に印加される
最大電圧、１次電流しゃ断時の最大１次電圧Ｖ1 は３５
０Ｖと設定する。さらに、２次コイルに誘起される点火
火花電圧Ｖ2 の所望と立ち上り時間は零から２８ｋＶま
で４０マイクロ秒とし、アーク期間は７００マイクロ秒
とする。
メータは、点火コイル１次電流を流しかつしゃ断する能
力により決定される最大点火コイル１次電流と、スイッ
チがオフとなり１次電流がしゃ断されたときの最大電圧
による決定される最大１次電圧Ｖ1 とであり、点火コイ
ル１次電流断続用ダーリントンパワートランジスタは損
傷または破壊されずに耐えることができる。この発明に
よる点火装置の一部分としての使用に適する点火コイル
を構成する工程を説明するため、ダーリントンパワート
ランジスタ４１〜４６の最大電流を流しかつしゃ断する
能力は８Ａとし、コレクタ−エミッタ電極に印加される
最大電圧、１次電流しゃ断時の最大１次電圧Ｖ1 は３５
０Ｖと設定する。さらに、２次コイルに誘起される点火
火花電圧Ｖ2 の所望と立ち上り時間は零から２８ｋＶま
で４０マイクロ秒とし、アーク期間は７００マイクロ秒
とする。
【００８７】点火コイル１次コイルの励起回路のしゃ断
時、２次コイルに誘起される点火火花電圧Ｖ2 は（数
２）式で表わされるように、１次電圧と巻数比との積に
比例する。
時、２次コイルに誘起される点火火花電圧Ｖ2 は（数
２）式で表わされるように、１次電圧と巻数比との積に
比例する。
【００８８】２次コイルに誘起される点火火花電圧Ｖ2
は、（数２）式のＶ2 に２８ｋＶを、Ｖ2 に４００Ｖを
代入して巻数比ａを解くと、点火コイル２５の巻数比は
約６４：１となる。
は、（数２）式のＶ2 に２８ｋＶを、Ｖ2 に４００Ｖを
代入して巻数比ａを解くと、点火コイル２５の巻数比は
約６４：１となる。
【００８９】１次コイルはインダクタンスＬ1 値を存
し、これにより、最大点火コイル１次電流が８アンペア
で、十分な蓄積エネルギＷP を持ち、点火アークが生ず
る点火プラグのアーク間隙をイオン化するのに必要なイ
オン化エネルギＷi と、このアークを７００マイクロ秒
間維持するのに必要なアーク持続エネルギＷa と、装置
のエネルギ損失を補償するのに必要な装置損失エネルギ
Ｗ1 とが得られる。イオン化エネルギＷi とアーク持続
エネルギＷa とは次のそれぞれの式で決定される。
し、これにより、最大点火コイル１次電流が８アンペア
で、十分な蓄積エネルギＷP を持ち、点火アークが生ず
る点火プラグのアーク間隙をイオン化するのに必要なイ
オン化エネルギＷi と、このアークを７００マイクロ秒
間維持するのに必要なアーク持続エネルギＷa と、装置
のエネルギ損失を補償するのに必要な装置損失エネルギ
Ｗ1 とが得られる。イオン化エネルギＷi とアーク持続
エネルギＷa とは次のそれぞれの式で決定される。
【００９０】
【数１０】
【００９１】
【数１１】
【００９２】ここに、 Ｅi ＝各々点火プラグのアーク間隙をイオン化しアーク
を生ずるに必要な電圧 Ｃ2 ＝２次キャパシタンス Ｅa ＝点火アークを維持するのに必要な電圧 Ｉ2 ＝アンペアで表わす２次電流 この発明による内燃機関用点火装置の実際例において、
２次キャパシタンスは２５ピコファラッド（２５×１０
-12ファラッド)で、アークを維持するのに必要な電圧Ｅ
a は１.２ｋＶ で、装置エネルギ損失Ｗi ，損失は約
０.４ ，２次コイルエネルギＥ2 に等しかった。
を生ずるに必要な電圧 Ｃ2 ＝２次キャパシタンス Ｅa ＝点火アークを維持するのに必要な電圧 Ｉ2 ＝アンペアで表わす２次電流 この発明による内燃機関用点火装置の実際例において、
２次キャパシタンスは２５ピコファラッド（２５×１０
-12ファラッド)で、アークを維持するのに必要な電圧Ｅ
a は１.２ｋＶ で、装置エネルギ損失Ｗi ，損失は約
０.４ ，２次コイルエネルギＥ2 に等しかった。
【００９３】２次電流Ｉ2 は、（数３）式で表わすよう
に、１次電流Ｉ1 を巻数比で割り、これに約０.９ の結
合係数を掛けて得られる。
に、１次電流Ｉ1 を巻数比で割り、これに約０.９ の結
合係数を掛けて得られる。
【００９４】（数３）式においてＩ1 に値８アンペア
を、ａに値６４を代入して２次電流Ｉ2 を解けば、２次
電流Ｉ2 は約１１０ミリアンペアとなる。
を、ａに値６４を代入して２次電流Ｉ2 を解けば、２次
電流Ｉ2 は約１１０ミリアンペアとなる。
【００９５】所定のイオン化エネルギＷi を決定するに
は、（数１０）式のＥi に値２８ｋＶを代入し、Ｃ2 に
値２５ピコファラッドを代入する。イオン化エネルギＷ
i を解くと、各々の点火プラグのアーク間隙をイオン化
し点火アークを生ずるに必要なイオン化エネルギＷi は
９.８ ミリジュールとなる。
は、（数１０）式のＥi に値２８ｋＶを代入し、Ｃ2 に
値２５ピコファラッドを代入する。イオン化エネルギＷ
i を解くと、各々の点火プラグのアーク間隙をイオン化
し点火アークを生ずるに必要なイオン化エネルギＷi は
９.８ ミリジュールとなる。
【００９６】所定のアーク持続エネルギＷa を決定する
には、(数１１)式のＩ2 に値１１０ミリアンペアを代入
し、アーク期間に７００マイクロ秒を代入する。アーク
持続エネルギＷa を解くと、アーク７００マイクロ秒維
持するのに必要なアーク持続エネルギＷa は４６.２ ミ
リジュールとなる。所定の全２次エネルギＷa は、次式
で表わすように、イオン化エネルギＷi と、アーク持続
エネルギＷa と、損失エネルギＷl との和である。
には、(数１１)式のＩ2 に値１１０ミリアンペアを代入
し、アーク期間に７００マイクロ秒を代入する。アーク
持続エネルギＷa を解くと、アーク７００マイクロ秒維
持するのに必要なアーク持続エネルギＷa は４６.２ ミ
リジュールとなる。所定の全２次エネルギＷa は、次式
で表わすように、イオン化エネルギＷi と、アーク持続
エネルギＷa と、損失エネルギＷl との和である。
【００９７】
【数１２】
【００９８】式のＷi に９.８ミリジュールを、Ｗa に
４６ミリジュールをＷl に０.４Ｅ2 を代入すると損失
エネルギは約０.４Ｅ2に設定されるので、全２次側Ｅ2
を解くと、所定の全２次エネルギＥ2 は９３.２ ミリジ
ュールとなる。
４６ミリジュールをＷl に０.４Ｅ2 を代入すると損失
エネルギは約０.４Ｅ2に設定されるので、全２次側Ｅ2
を解くと、所定の全２次エネルギＥ2 は９３.２ ミリジ
ュールとなる。
【００９９】この発明による内燃機関用点火装置の実際
例において、１次コイルから２次コイルへのエネルギの
転換は約７０パーセントであった。従って、１次コイル
に蓄積される所定の１次エネルギＷP は次式により決定
される。
例において、１次コイルから２次コイルへのエネルギの
転換は約７０パーセントであった。従って、１次コイル
に蓄積される所定の１次エネルギＷP は次式により決定
される。
【０１００】
【数１３】
【０１０１】この式において、２次エネルギＷS に値９
３ミリジュールを代入して１次コイルエネルギＷP を解
くと、所定の１次コイルエネルギＷP は１３３ミリジュ
ールとなる。
３ミリジュールを代入して１次コイルエネルギＷP を解
くと、所定の１次コイルエネルギＷP は１３３ミリジュ
ールとなる。
【０１０２】１次コイルのインダクタンスＬ1 は、１次
電流Ｉ1 の自乗により１次巻線エネルギＷP を割り、こ
れを２倍して得られる。
電流Ｉ1 の自乗により１次巻線エネルギＷP を割り、こ
れを２倍して得られる。
【０１０３】
【数１４】
【０１０４】（数１３）式の１次コイルエネルギＷP に
１３３ミリジュールを、１次電流Ｉ1 に８アンペアを代
入して、１次コイルインダクタンスＬ1 を解くと、アー
ク期間７００ミリ秒を得るため最大励起電流８アンペア
で１次コイルに蓄積される十分なエネルギＷP を生ずる
のに必要な１次インダクタンスＬ1 約４ミリヘンリとな
る。
１３３ミリジュールを、１次電流Ｉ1 に８アンペアを代
入して、１次コイルインダクタンスＬ1 を解くと、アー
ク期間７００ミリ秒を得るため最大励起電流８アンペア
で１次コイルに蓄積される十分なエネルギＷP を生ずる
のに必要な１次インダクタンスＬ1 約４ミリヘンリとな
る。
【０１０５】２次インダクタンスＬ2 は、（数７）式で
表わされるように、１次インダクタンスＬ1 と巻数比の
自乗との積に等しい。
表わされるように、１次インダクタンスＬ1 と巻数比の
自乗との積に等しい。
【０１０６】（数７）式の１次インダクタンスＬ1 に前
に計算した４ミリヘンリを、巻数比に６５を代入して、
２次インダクタンスを解くと、２次インダクタンスＬS
は１６.９ ヘンリとなる。
に計算した４ミリヘンリを、巻数比に６５を代入して、
２次インダクタンスを解くと、２次インダクタンスＬS
は１６.９ ヘンリとなる。
【０１０７】１次電流のしゃ断により点火コイルの２次
コイルに誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数を計算す
るため、（数７）式のＬ2 に値１６.９ ヘンリを代入
し、Ｃ2 に値２５ピコファラッド(２５×１０-12ファラ
ッド）を代入して、この式を解けば、２次コイルに誘起
される電圧の周波数は約７７００サイクル毎秒となり、
従って、各サイクルの周期（１／ｆ）は１２９マイクロ
秒となる。点火コイル２次コイルに誘起された電圧が各
サイクルの９０゜において最高に達するから、２次コイ
ルに誘起される電圧は（１２９／４）マイクロ秒に相当
する３２マイクロ秒においてピーク値に達する。
コイルに誘起される点火火花電圧Ｖ2 の周波数を計算す
るため、（数７）式のＬ2 に値１６.９ ヘンリを代入
し、Ｃ2 に値２５ピコファラッド(２５×１０-12ファラ
ッド）を代入して、この式を解けば、２次コイルに誘起
される電圧の周波数は約７７００サイクル毎秒となり、
従って、各サイクルの周期（１／ｆ）は１２９マイクロ
秒となる。点火コイル２次コイルに誘起された電圧が各
サイクルの９０゜において最高に達するから、２次コイ
ルに誘起される電圧は（１２９／４）マイクロ秒に相当
する３２マイクロ秒においてピーク値に達する。
【０１０８】点火コイルの２次コイルが示す最大電圧Ｅ
a は次式で表わされる。
a は次式で表わされる。
【０１０９】
【発明の効果】本発明によれば、点火手段の漏洩抵抗値
が１００ｋΩのときにも、良好な点火が得られる。
が１００ｋΩのときにも、良好な点火が得られる。
【図１】約−３０℃での低温時に、点火プラグ電極間電
圧Ｖ2′ に対する着火の割合を示す図である。
圧Ｖ2′ に対する着火の割合を示す図である。
【図２】２次電圧と１次電流の関係を示す図である。
【図３】２次電圧と巻数比の関係を示す図である。
【図４】くすぶり時の２次電圧と巻数比の関係を示す図
である。
である。
【図５】ＤＩＳシステム図である。
【図６】図５の点火回路の等価回路図である。
【図７】２次電圧と負荷抵抗の関係を示す図である。
【図８】２次電圧と１次電流の関係を示す図である。
【図９】エンジン回転速度に応じた２次電圧と２次電流
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】エンジン回転速度に応じた２次電圧と２次電
流を示す図である。
流を示す図である。
【図１１】くすぶり時の解析結果を示す図である。
【図１２】エンストまで時間を示す実験結果を示す図で
ある。
ある。
１１〜１６…点火コイル、２１〜２６…１次コイル、３
１〜３６…２次コイル、４１〜４６…ダーリントントラ
ンジスタ、ＰSW1〜ＰSW6…パワースイッチ、ＩＬ1〜Ｉ
Ｌ6…電流制限回路、Ｐ1〜Ｐ6…点火プラグ。
１〜３６…２次コイル、４１〜４６…ダーリントントラ
ンジスタ、ＰSW1〜ＰSW6…パワースイッチ、ＩＬ1〜Ｉ
Ｌ6…電流制限回路、Ｐ1〜Ｐ6…点火プラグ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−83853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−5165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−25970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−112630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−92049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02P 1/00 - 17/12
Claims (3)
- 【請求項１】１次巻線と２次巻線とを有するコイルと、 前記１次巻線に電圧を印加する印加手段と、 前記２次巻線からの電気信号を入力して燃料に点火する
点火手段と、 を備えた内燃機関の誘導放電型点火装置において、 前記電圧は３５０Ｖ以上であって、 前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数比は６０以上
７０以下であって、 前記１次巻線に流れる電流は６Ａ以上であることを特徴
とする内燃機関の誘導放電型点火装置。 - 【請求項２】内燃機関の気筒毎に設けられ、１次巻線と
２次巻線とを有するコイルと、 前記１次巻線に印加する電圧をオンオフするスイッチ手
段と、 前記２次巻線の出力を点火プラグに供給する供給手段
と、 を備えた内燃機関の誘導放電型点火装置において、 前記スイッチ手段は１チップの半導体スイッチであっ
て、 前記電圧は３５０Ｖ以上であって、 前記１次巻線に対する前記２次巻線の巻数比は６０以上
７０以下であって、 前記１次巻線に流れる電流は６Ａ以上であることを特徴
とする内燃機関の誘導放電型点火装置。 - 【請求項３】内燃機関と、 請求項１または２記載の誘導放電型点火装置と、 前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手
段と、 前記クランク角検出手段からの入力に基づいて、前記点
火装置を制御する制御手段と、 を備えた内燃機関点火システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE91306098:4 | 1991-07-04 | ||
| EP91306098A EP0521207B1 (en) | 1991-07-04 | 1991-07-04 | Induction discharge type ignition device for an internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180134A JPH05180134A (ja) | 1993-07-20 |
| JP2948023B2 true JP2948023B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=8208338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4153296A Expired - Lifetime JP2948023B2 (ja) | 1991-07-04 | 1992-06-12 | 内燃機関の誘導放電型点火装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5193514A (ja) |
| EP (1) | EP0521207B1 (ja) |
| JP (1) | JP2948023B2 (ja) |
| DE (1) | DE69128079T2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69536059D1 (de) * | 1994-01-12 | 2010-05-12 | Denso Corp | Zündsystem einer inneren Brennkraftmaschine |
| GB9515272D0 (en) * | 1994-12-23 | 1995-09-20 | Philips Electronics Uk Ltd | An ignition control circuit, and engine system |
| WO1997021920A1 (en) * | 1995-12-13 | 1997-06-19 | Ward Michael A V | Low inductance high energy inductive ignition system |
| JP4969512B2 (ja) * | 1996-03-21 | 2012-07-04 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関用点火装置 |
| JP3893429B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2007-03-14 | 株式会社ルネサステクノロジ | イグニッションシステム |
| US6186130B1 (en) * | 1999-07-22 | 2001-02-13 | Delphi Technologies, Inc. | Multicharge implementation to maximize rate of energy delivery to a spark plug gap |
| JP3482161B2 (ja) | 1999-08-03 | 2003-12-22 | 株式会社日立製作所 | 内燃機関の点火システム |
| US6820602B1 (en) | 2003-11-26 | 2004-11-23 | Autotronic Controls Corporation | High energy ignition method and system |
| US7165542B2 (en) * | 2003-11-26 | 2007-01-23 | Autotronic Controls Corporation | High energy ignition method and system using pre-dwell control |
| JP4416602B2 (ja) * | 2004-08-20 | 2010-02-17 | ダイハツ工業株式会社 | 内燃機関のくすぶり判定方法 |
| EP2093416B1 (en) * | 2006-05-18 | 2013-09-04 | North-West University | Ignition system |
| JP2013160216A (ja) | 2012-02-09 | 2013-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | 点火装置 |
| JP6269271B2 (ja) * | 2014-04-10 | 2018-01-31 | 株式会社デンソー | 内燃機関用点火装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3824977A (en) * | 1973-11-23 | 1974-07-23 | Gen Motors Corp | Internal combustion engine ignition system |
| JPS5392049A (en) * | 1977-01-25 | 1978-08-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ignition circuit for spark plug of internal combustion engine |
| US4677960A (en) * | 1984-12-31 | 1987-07-07 | Combustion Electromagnetics, Inc. | High efficiency voltage doubling ignition coil for CD system producing pulsed plasma type ignition |
| US4774914A (en) * | 1985-09-24 | 1988-10-04 | Combustion Electromagnetics, Inc. | Electromagnetic ignition--an ignition system producing a large size and intense capacitive and inductive spark with an intense electromagnetic field feeding the spark |
| US4662343A (en) * | 1986-04-28 | 1987-05-05 | Smith Kenneth H | Method and apparatus for generating high voltage pulses |
| US4903674A (en) * | 1989-03-13 | 1990-02-27 | General Motors Corporation | Spark developing apparatus for internal combustion engines |
-
1991
- 1991-07-04 DE DE69128079T patent/DE69128079T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-04 EP EP91306098A patent/EP0521207B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-08 US US07/726,824 patent/US5193514A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-06-12 JP JP4153296A patent/JP2948023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69128079T2 (de) | 1998-05-20 |
| EP0521207B1 (en) | 1997-10-29 |
| DE69128079D1 (de) | 1997-12-04 |
| EP0521207A1 (en) | 1993-01-07 |
| US5193514A (en) | 1993-03-16 |
| JPH05180134A (ja) | 1993-07-20 |
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