JP2001082311A

JP2001082311A - 内燃機関用点火装置

Info

Publication number: JP2001082311A
Application number: JP26339499A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Hakamata; 浩子袴田
Original assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Current assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】失火に対して誤判定せず確実に検出でき、ま
た失火検出と誤点火防止とを両立させることができるよ
うにする。【解決手段】この発明の内燃機関点火装置１０は、二
次低圧端子４ｂに高圧ダイオード１４を介して中心電極
７ａを接続し、二次高圧端子４ａに高圧ダイオード１５
とダイオード１６とを介して側電極７ｂを接続し、一次
低圧端子３ｂにツェナーダイオード８とダイオード１３
とコンデンサ９を介してダイオード１６のアノード端子
１６ａを接続し、コンデンサ９の、一次低圧端子側３ｂ
の電極９ａと、ダイオード１６のカソード端子１６ｂと
を、その間に抵抗器１１を介在させて接続するととも
に、抵抗器１１の一端側に、抵抗器１１に流れるコンデ
ンサ９からの放電電流に基づいて高電圧スパーク発生の
有無を判別するスパーク判別部１２を設けた、ことを特
徴している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、点火コイルの一
次コイルでの一次電流のオンからオフへの切り換えに応
じて、二次コイルから出力される高電圧を点火プラグに
印加し、点火プラグの中心電極と側電極との間に高電圧
スパークを発生させ、シリンダ内の混合気に点火して混
合気を燃焼させ動力を得る内燃機関用点火装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のガソリンエンジンにおいては、
運転中の排出ガスの一酸化炭素（Ｃ０）や炭化水素（Ｈ
Ｃ）などの有害成分を除去する目的で、酸化触媒か三元
触媒を用いた排気ガス浄化システムが一般的に使用され
ている。この排気ガス浄化システムは、エンジン（内燃
機関）が確実に点火されている場合には非常に有効であ
るが、エンジンに点火ミス（失火）が連続的に発生する
と、いわゆる生ガスが、５００°Ｃ程度に加熱されてい
る触媒に流入して急激に燃焼するため、触媒が８００°
Ｃ以上にも過熱されて損傷することもあり、そのような
場合は、触媒による浄化機能が低下し、排出ガスの有害
成分を除去できない状態となっていた。

【０００３】そこで、エンジンの失火を素早く検知して
運転者に警報し、適切な対処を行えるようにするため
に、点火装置に失火検出手段を備えたものが考案され、
様々な形態のものが提案されてきている。

【０００４】図３は従来の失火検出手段を備えた点火装
置の構成例を示す図である。

【０００５】この図に示した従来の点火装置８０では、
パワートランジスタ８６のベース端子８６ｂに、図示を
省略している点火制御回路から点火信号Ｓが印加される
と、点火信号Ｓが「Ｈ」のときパワートランジスタ８６
は「オン」となり、点火コイル８１の一次コイル８３に
一次電流Ｉ１が流れる、次に点火信号Ｓが「Ｌ」となる
と、パワートランジスタ８６は「オン」から「オフ」に
切り換わり、一次電流Ｉ１は遮断される。このとき点火
コイル８１の二次コイル８４には、約３０ＫＶの二次電
圧Ｖ２が発生し、点火プラグ８７に高電圧スパークを発
生させる。このスパークにより、エンジンのシリンダ内
の混合気に点火して混合気を燃焼させ、動力を得ること
でエンジンが回転する。

【０００６】この従来の点火装置８０において、点火プ
ラグ８７にスパークが発生すると、そのスパーク電流の
大半は、点火プラグ８７→二次コイル８４→ツェナーダ
イオード８８→点火プラグ８７の経路で流れる。また、
スパーク電流の一部は分流して、点火プラグ８７→二次
コイル８４→コンデンサ８９→ダイオード９０→点火プ
ラグ８７の経路で流れ、この分流によって、コンデンサ
８９には電圧Ｖｃが充電される。なお、この充電電圧Ｖ
ｃはツェナーダイオード８８で２００Ｖ程度に規制され
ている。

【０００７】高電圧スパークの発生後、混合気に点火し
混合気が燃焼していれば、点火プラグ８７の中心電極８
７ａと側電極８７ｂとの間には火炎が存在し電極８７
ａ，８７ｂ間はイオン化されているため電気的に半導通
状態になり、コンデンサ８９の充電電圧Ｖｃは、コンデ
ンサ８９→二次コイル８４→点火プラグ８７→抵抗器９
１→コンデンサ８９の経路で放電し、マイクロアンペア
オーダの放電電流、いわゆるイオン電流Ｉｓが流れる。
したがって、その場合の電圧変化を判別回路９２で監視
することで、点火が正常に行われたかどうかを判定でき
るようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の点火装置８０では、コンデンサ８９の充電電圧Ｖｃ
は、ツェナーダイオード８８から抵抗器９１を通る経路
でも、ツェナーダイオード８８の洩れ電流分だけは放電
するため、実際は失火しているにも拘わらず抵抗器９１
に放電電流が流れ、この放電電流とイオン電流Ｉｓとを
誤認することで、失火なしと誤判定する恐れがある。

【０００９】また、スパーク電流の大半は、上記したよ
うに、点火プラグ８７→二次コイル８４→ツェナーダイ
オード８８→点火プラグ８７の経路で流れるため、ツェ
ナーダイオード８８で消費するエネルギが無駄となって
いる。

【００１０】さらにはパワートランジスタ８６が「オ
フ」から「オン」に切り換わると、二次コイル８４に
は、図示の方向と反対方向に約１．５ＫＶの二次電圧Ｖ
２が発生し、点火プラグ８７に印加されるため、誤点火
の原因となる。この対策として、失火検出を行わない一
般の点火装置では、二次コイル８４と点火プラグ８７と
の間に、図中破線で示す誤点火防止用高圧ダイオード９
４を接続し、誤点火、いわゆるプレイグニションの発生
を防止しているが、この誤点火防止用高圧ダイオード９
４を接続すると、コンデンサ８９→二次コイル８４→点
火プラグ８７→…のイオン電流Ｉｓの放電経路が、誤点
火防止用高圧ダイオード９４で断たれるため、失火検出
が機能しない結果となる。したがって、失火検出と誤点
火防止とを両立させるのが困難になっていた。

【００１１】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
失火に対して誤判定せず確実に検出でき、また無駄なエ
ネルギ消費を抑制でき、さらにパワートランジスタが
「オン」に切り換わったときの誤点火をも確実に防止
し、失火検出と誤点火防止とを両立させることができる
内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、点火コイルの一次コイル
での一次電流のオンからオフへの切り換えに応じて二次
コイルから出力される高電圧を点火プラグに印加し、点
火プラグの中心電極と側電極との間に高電圧スパークを
発生させ、シリンダ内の混合気に点火して混合気を燃焼
させ動力を得る内燃機関用点火装置において、上記点火
プラグでの失火を検出する失火検出回路内にコンデンサ
を使用し、そのコンデンサを一次コイルでの一次電流の
オンからオフへの切り換え時に発生する一次電圧でチャ
ージし、そのチャージされたコンデンサの充電電圧が、
点火プラグでの高電圧スパークによる点火での燃焼ガス
を介して放電する際の点火プラグの両電極間に流れる電
流方向と、高電圧スパークによる点火時に点火プラグの
両電極間に流れる電流方向とが同一方向となるようにし
た、ことを特徴としている。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、上記コンデンサ
の放電は燃焼ガスを介してのみ行われる、ことを特徴と
している。

【００１４】また、請求項３に記載の発明は、点火コイ
ルの一次コイルでの一次電流のオンからオフへの切り換
えに応じて二次コイルから出力される高電圧を点火プラ
グに印加し、点火プラグの中心電極と側電極との間に高
電圧スパークを発生させ、シリンダ内の混合気に点火し
て混合気を燃焼させ動力を得る内燃機関用点火装置にお
いて、上記二次コイルの二次低圧端子に点火プラグの中
心電極を接続するとともに、その二次低圧端子と中心電
極との間に、中心電極から二次低圧端子の方向に対して
順方向に第１ダイオードを介在させ、上記二次コイルの
二次高圧端子に点火プラグの側電極を接続するととも
に、その二次高圧端子と側電極との間に、二次高圧端子
から側電極の方向に対して順方向に第２ダイオードと第
３ダイオードとを介在させ、上記一次コイルの一次低圧
端子と上記第３ダイオードのアノード端子とを接続する
とともに、その間に一次低圧端子からアノード端子の方
向に対して逆方向に第１ツェナーダイオードを、順方向
に第４ダイオードを、さらにアノード端子側にコンデン
サをそれぞれ介在させ、上記コンデンサの上記一次低圧
端子側の電極と上記第３ダイオードのカソード端子とを
その間に抵抗器を介在させて接続し、上記コンデンサの
充電電圧を点火プラグの中心電極と側電極に印加し、高
電圧スパーク発生後にコンデンサから抵抗器に流れる放
電電流に基づいて点火の有無を判別する点火判別部を設
けた、ことを特徴としている。

【００１５】さらに、請求項４に記載の発明は、上記し
た請求項３に記載の発明の構成に加えて、上記一次コイ
ルの一次低圧端子に、パワートランジスタのコレクタ端
子を接続するとともに、パワートランジスタのベース端
子とコレクタ端子との間に、ベース端子からコレクタ端
子の方向に対して順方向に第２ツェナーダイオードを設
けた、ことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１はこの発明の内燃機関用点火装置の回
路構成を示す図、図２は点火装置各部での信号波形を示
すタイムチャートである。

【００１８】図１において、この発明の内燃機関用点火
装置（以下、「点火装置」という）１０は、点火コイル
１の一次コイル３での一次電流Ｉ１のオンからオフへの
切り換えに応じて、二次コイル４から出力される高電圧
Ｖ２を点火プラグ７に印加し、点火プラグ７の中心電極
７ａと側電極７ｂとの間に高電圧スパークを発生させ、
シリンダ（図示省略）内の混合気に点火して混合気を燃
焼させ動力を得る装置である。

【００１９】上記の点火コイル１は、鉄心２と一次コイ
ル３と二次コイル４とを有し、一次コイル３の一端（一
次高圧端子３ａ）には、バッテリ５の正電極が接続さ
れ、他端（一次低圧端子３ｂ）には、パワートランジス
タ６のコレクタ端子が接続されている。また、パワート
ランジスタ６のベース端子には、点火制御回路（図示省
略）が接続され、ベース端子とコレクタ端子との間に
は、ベース端子からコレクタ端子の方向に対して順方向
に、ツェナーダイオード６ａを設けてある。さらに、バ
ッテリ５の負電極およびパワートランジスタ６のエミッ
タ端子は、それぞれ接地されている。

【００２０】一方、二次コイル４の一端（二次低圧端子
４ｂ）に点火プラグ７の中心電極７ａを接続するととも
に、その二次低圧端子４ｂと中心電極７ａとの間に、中
心電極７ａから二次低圧端子４ｂの方向に対して順方向
に高圧ダイオード１４を介在させ、二次コイル４の他端
（二次高圧端子４ａ）に点火プラグ７の側電極７ｂを接
続するとともに、その二次高圧端子４ａと側電極７ｂと
の間に、二次高圧端子４ａから側電極７ｂの方向に対し
て順方向に高圧ダイオード１５とダイオード１６とを介
在させている。

【００２１】また、一次コイル３の一次低圧端子３ｂと
ダイオード１６のアノード端子１６ａとを接続するとと
もに、その間に一次低圧端子３ｂからアノード端子１６
ａの方向に対して逆方向にツェナーダイオード８を、順
方向にダイオード１３を、さらにアノード端子１６ａ側
にコンデンサ９をそれぞれ介在させている。

【００２２】そして、コンデンサ９の、一次低圧端子側
３ｂの電極９ａと、ダイオード１６のカソード端子１６
ｂとを、その間に抵抗器１１を介在させて接続するとと
もに、抵抗器１１の一端（コンデンサ９）側には、抵抗
器１１に流れるコンデンサ９からの放電電流、いわゆる
イオン電流Ｉｓに基づいて点火の有無を判別する点火判
別部１２を設けている。

【００２３】なお、点火プラグ７の側電極７ｂ、ダイオ
ード１６のカソード端子１６ｂ、抵抗器１１の他端側、
および点火判別部１２はそれぞれ接地され、その接地に
よってこれらの各部位は互いに導通し接続されている。

【００２４】また、高圧ダイオード１５は、高電圧スパ
ーク時に二次コイル４の浮遊静電容量に蓄えられた約２
０ＫＶの電荷が、ダイオード１６、抵抗器１１、コンデ
ンサ９（約２００Ｖ）の経路で逆流するのを防止するた
めに挿入してある。

【００２５】次に、上記した構成の点火装置１０におけ
る作用を、図２を併用して説明する。図２（ａ）〜
（ｆ）には、上段から順に、点火信号Ｓ、点火コイル１
の一次電流Ｉ１、二次電圧Ｖ２および一次電圧（フライ
バック電圧）Ｖ１、コンデンサ９の充電電圧Ｖｃ、並び
に点火判別部１２の出力電圧Ｖ０の各タイムチャートが
示されている。

【００２６】先ず、パワートランジスタ６のベース６ｂ
に点火制御回路から点火信号Ｓがパルス波として印加さ
れると、点火信号Ｓが「Ｈ（ハイレベル）」のときパワ
ートランジスタ６は「オン」となり一次コイル３に一次
電流Ｉ１が流れる。次に、点火信号が「Ｌ（ローレベ
ル）」となるとパワートランジスタ６は「オフ」とな
り、一次電流Ｉ１は「オン」から「オフ」に切り換わり
遮断される。このとき、二次コイル４には約３０ＫＶの
二次電圧Ｖ２が発生して点火プラグ７に高電圧スパーク
が発生し、一方、一次コイル３の一次低圧端子３ｂには
フライバック電圧Ｖ１が生じる。このフライバック電圧
Ｖ１は、ツェナーダイオード８、ダイオード１３、コン
デンサ９、ダイオード１６の直列回路に印加し、コンデ
ンサ９を充電する。

【００２７】ここで、ツェナーダイオード８には、ツェ
ナー電圧がバツテリ電圧（約２０Ｖ）以上のものを採用
し、ツェナーダイオード８でバッテリ電圧ＶB を遮断す
るようにしている。このようにすることで、抵抗器１１
にバッテリ電圧ＶB による電荷は流入せず、抵抗器１１
にイオン電流Ｉｓ以外の電流が流れるのを防止すること
ができる。

【００２８】高電圧スパークが発生した後、確実に点火
が行われ混合気が燃焼していれば、点火プラグ７の中心
電極７ａと側電極７ｂ間には火炎が存在し、電極７ａ，
７ｂ間はイオン化されるため、電気的に半導通状態にな
る。このため、コンデンサ９の充電電圧Ｖｃは、コンデ
ンサ９→抵抗器１１→点火プラグ７→高圧ダイオード１
４→二次コイル４→高圧ダイオード１５の経路で放電
し、抵抗器１１にはマイクロアンペアオーダの放電電
流、いわゆるイオン電流Ｉｓが流れる。したがって、抵
抗器１１の一端側における電圧の変化を点火判別部１２
で監視することで、点火が正常に行われたかどうかを判
別することができる。すなわち、点火判別部１２は、抵
抗器１１の一端側電圧を監視し、イオン電流Ｉｓに基づ
く電圧変化を検出したとき、今回の点火は正常に行われ
たと判別してパルス電圧Ｖｏを出力し（図２（ｆ））、
その電圧変化を検出しないときは、このパルス電圧Ｖｏ
は出力しない。したがって、このパルス電圧Ｖｏの出力
があるかどうかで、今回の点火が正常に行われたか、失
火であったかの判別が可能となる。そして、失火の場合
は運転者に警報を発するようになっている。

【００２９】なお、図２（ｅ）に示すように、コンデン
サ９の充電電圧Ｖｃは、一次電流Ｉ１が遮断されたとき
のフライバック電圧Ｖ１でチャージされて増加し、同じ
くその一次電流Ｉ１の遮断時に発生する二次電圧Ｖ２に
よる高電圧スパークによって点火プラグ７で火花放電が
行われた後、火炎が存在していれば、この充電電圧Ｖｃ
は放電して減少し、点火プラグ７の中心電極７ａ、側電
極７ｂ間にイオン電流Ｉｓが流れる。このイオン電流Ｉ
ｓが流れると、図２（ｆ）に示すように、点火判別部１
２に判別結果が出力される。

【００３０】コンデンサ９の充電電圧Ｖｃの放電は、ダ
イオード１３によってツェナーダイオード８方向へは阻
止され、抵抗器１１→点火プラグ７→高圧ダイオード１
４→二次コイル４→高圧ダイオード１５の一経路に限定
されている。すなわち、充電電圧Ｖｃの放電は、電極７
ａ，７ｂ間がイオン化されたときにのみ放電される。し
たがって、点火判別部１２が監視するのは、イオン電流
Ｉｓに基づく電圧に限定され、これによって、失火検出
の誤判定を低減でき、失火検出を高い信頼性の下で行う
ことができる。

【００３１】また、スパーク電流が流れる経路には、従
来のツェナーダイオード８８のような、逆方向のダイオ
ードは設けたないため、無駄なエネルギ消費を抑制する
ことができる。

【００３２】さらに、パワートランジスタ６が「オフ」
から「オン」に切り換わると、二次コイル４には図示の
矢印方向と反対方向に約１．５ＫＶの二次電圧Ｖ２（図
２（ｃ））が発生し、誤点火すなわちプレイグニション
の原因となるが、この実施形態では、二次コイル４とプ
ラグ７の中心電極７ａとの間に誤点火防止用の高圧ダイ
オード１４を接続し、低レベルの二次電圧を遮断するよ
うにしたので、パワートランジスタ６が「オフ」から
「オン」に切り換わったときの誤点火の発生を確実に防
止することができる。

【００３３】また従来、誤点火防止用の高圧ダイオード
を設けた場合、イオン電流の通電経路を遮断する結果と
なっていたが、この実施形態では、高圧ダイオード１４
の通電方向と、イオン電流Ｉｓの方向とを一致させるの
で、イオン電流Ｉｓの通電経路はそのまま確保すること
ができ、したがって、誤点火防止と、失火検出とを両立
させることができる。

【００３４】また、パワートランジスタ６にツェナーダ
イオード６ａを設けることにより、パワートランジスタ
６のベース−コレクタ間の電圧を３００Ｖ程度に抑える
ことができ、コンデンサ９の充電電圧Ｖｃが必要以上に
蓄積されないようになっている。

【００３５】

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。

【００３６】請求項１，２および３に記載の発明では、
チャージされたコンデンサが点火プラグでの高電圧スパ
ークによる点火での燃焼ガスを介して放電する際の、点
火プラグの両電極間に流れるイオン電流の方向と、高電
圧スパークによる点火時に点火プラグの両電極間に流れ
る電流方向とが同一方向となるようにしたので、従来失
火検出機能を備えた点火装置に誤点火防止用の高圧ダイ
オードを設けた場合に発生していたイオン電流の遮断は
生じず、したがって、誤点火防止用の高圧ダイオードを
設けることが可能となって一次電流が「オフ」から「オ
ン」に切り換わるときの誤点火を確実に防止することが
でき、誤点火防止と、イオン電流に基づく失火検出とを
両立させることができる。

【００３７】また、一次コイルのフライバック電圧で充
電したコンデンサの放電が燃焼ガスを介してのみ行わ
れ、それ以外のときには放電しないように構成したの
で、イオン電流以外での放電による誤判定を防止でき、
したがって、失火検出を高い信頼性の下で確実に行うこ
とができる。

【００３８】また、スパーク電流が流れる経路には、逆
方向のダイオードは設けたないため、無駄なエネルギ消
費を抑制することができる。

【００３９】また、請求項４に記載の発明では、パワー
トランジスタにツェナーダイオードを設けたので、パワ
ートランジスタのベース−コレクタ間の電圧を３００Ｖ
程度に抑えることができ、コンデンサの充電電圧が必要
以上に蓄積しないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の内燃機関用点火装置の回路構成を示
す図である。

【図２】内燃機関用点火装置各部での信号波形を示すタ
イムチャートである。

【図３】従来の失火検出手段を備えた点火装置の構成例
を示す図である。

【符号の説明】

１点火コイル２鉄心３一次コイル３ａ一次高圧端子３ｂ一次低圧端子４二次コイル４ａ二次高圧端子４ｂ二次低圧端子５バッテリ６パワートランジスタ６ａツェナーダイオード６ｂベース７点火プラグ７ａ中心電極７ｂ側電極８ツェナーダイオード９コンデンサ９ａ電極１０点火装置１１抵抗器１２点火判別部１３ダイオード１４高圧ダイオード１５高圧ダイオード１６ダイオード１６ａアノード端子１６ｂカソード端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点火コイルの一次コイルでの一次電流の
オンからオフへの切り換えに応じて二次コイルから出力
される高電圧を点火プラグに印加し、点火プラグの中心
電極と側電極との間に高電圧スパークを発生させ、シリ
ンダ内の混合気に点火して混合気を燃焼させ動力を得る
内燃機関用点火装置において、上記点火プラグでの失火を検出する失火検出回路内にコ
ンデンサを使用し、そのコンデンサを一次コイルでの一
次電流のオンからオフへの切り換え時に発生する一次電
圧でチャージし、そのチャージされたコンデンサの充電
電圧が、点火プラグでの高電圧スパークによる点火での
燃焼ガスを介して放電する際の点火プラグの両電極間に
流れる電流方向と、高電圧スパークによる点火時に点火
プラグの両電極間に流れる電流方向とが同一方向となる
ようにした、ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】上記コンデンサの放電は燃焼ガスを介し
てのみ行われる、請求項１に記載の内燃機関用点火装
置。
【請求項３】点火コイルの一次コイルでの一次電流の
オンからオフへの切り換えに応じて二次コイルから出力
される高電圧を点火プラグに印加し、点火プラグの中心
電極と側電極との間に高電圧スパークを発生させ、シリ
ンダ内の混合気に点火して混合気を燃焼させ動力を得る
内燃機関用点火装置において、上記二次コイルの二次低圧端子に点火プラグの中心電極
を接続するとともに、その二次低圧端子と中心電極との
間に、中心電極から二次低圧端子の方向に対して順方向
に第１ダイオードを介在させ、上記二次コイルの二次高圧端子に点火プラグの側電極を
接続するとともに、その二次高圧端子と側電極との間
に、二次高圧端子から側電極の方向に対して順方向に第
２ダイオードと第３ダイオードとを介在させ、上記一次コイルの一次低圧端子と上記第３ダイオードの
アノード端子とを接続するとともに、その間に一次低圧
端子からアノード端子の方向に対して逆方向に第１ツェ
ナーダイオードを、順方向に第４ダイオードを、さらに
アノード端子側にコンデンサをそれぞれ介在させ、上記コンデンサの上記一次低圧端子側の電極と上記第３
ダイオードのカソード端子とをその間に抵抗器を介在さ
せて接続し、上記コンデンサの充電電圧を点火プラグの中心電極と側
電極に印加し、高電圧スパーク発生後にコンデンサから
抵抗器に流れる放電電流に基づいて点火の有無を判別す
る点火判別部を設けた、ことを特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項４】上記一次コイルの一次低圧端子に、パワ
ートランジスタのコレクタ端子を接続するとともに、パ
ワートランジスタのベース端子とコレクタ端子との間
に、ベース端子からコレクタ端子の方向に対して順方向
に第２ツェナーダイオードを設けた、請求項３に記載の
内燃機関用点火装置。