JP6461281B1

JP6461281B1 - 点火装置

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Publication number: JP6461281B1
Application number: JP2017206958A
Authority: JP
Inventors: 棚谷　公彦; 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: DE102018210581A1; JP2019078241A; US10947947B2; US20190128234A1

Abstract

【課題】点火プラグにくすぶりによるリーク経路が形成された状態であっても確実に火花放電を発生することができる点火装置を提供する。
【解決手段】間隙を介して配置される第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極と第２の電極との間に予め設定された高電圧が印加されたとき、間隙に放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、高電圧を発生し、高電圧を第１の電極と第２の電極との間に個別に印加する複数の高電圧装置と、第１の電極と第２の電極との間に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置と、複数の高電圧装置およびリーク電流検出装置の動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、リーク電流検出装置で検出されたリーク電流に基づいて、第１の電極と第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、複数の高電圧装置から同時期に高電圧を第１の電極と第２の電極との間に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車用の内燃機関に利用される点火装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界においてもこれらへの対応が急務となっている。この対応の一例として、成層混合気を利用した内燃機関の超希薄燃焼（以下、成層リーン燃焼と称する）運転がある。しかし、この成層リーン燃焼による内燃機関の運転においては、内燃機関の燃焼室内における可燃混合気の分布ばらつきによって、点火プラグにくすぶりが生じやすくなるという課題がある。特に、燃料を点火プラグ付近に直接吹き付けるスプレーガイド方式の成層リーン燃焼運転においては、点火プラグのくすぶりが顕著となる。

点火プラグが勢いよく点火せずにくすぶりが発生すると、このくすぶりを形成する導電性のカーボンまたは酸化鉄等を介して、点火プラグの電圧を印加する側の電極（以下、第１の電極と称する）からグランドレベル（以下、ＧＮＤレベル、と称する）に設定された電極（以下、第２の電極と称する）へ点火エネルギーがリークする。そのため、点火プラグの第１の電極と第２の電極との間の間隙が絶縁破壊（以下、全路破壊、と称することもある）に至らず、火花放電が発生しなくなってしまうという問題がある。

または、点火エネルギーのリークによって、全路破壊に至るまでに要する時間が長くなってしまう。このため、実際の点火タイミングが遅角側へずれる。その結果として、内燃機関の出力が低下してしまうという問題がある。

また、近年、点火プラグがスリム化またはロングリーチ化する傾向にある。このことから、点火プラグの対地間静電容量は、増加する傾向にある。内燃機関の高圧縮比化に伴う点火プラグに対する要求電圧のアップ等の影響と相まって、点火プラグのくすぶりによるエネルギーリーク経路の生成が、内燃機関の点火性能に対して及ぼす影響は、強くなってきている。

このような問題に関して、従来から、点火プラグのくすぶりを火花放電によって除去する点火装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の点火装置は、可燃混合気が着火する時期、および着火する時期から次の燃料噴射開始の時期までの間において、点火プラグに火花放電を行わせることで、点火プラグのくすぶりを形成するカーボンを除去するとしている。

特許第３９１７１８５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
点火プラグの第１の電極と第２の電極の間に、一旦くすぶりによるリーク経路が形成された状態になると、火花放電に要する静電容量が充電できなくなる。そのため、特許文献１に記載されるようなくすぶりを除去するための火花放電を発生できなくなってしまうという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、くすぶりによって点火プラグにリーク経路が生成された状態であっても、確実に火花放電を発生させることができる点火装置を提供することである。

本発明における点火装置は、間隙を介して配置される第１の電極と第２の電極とを有し、第１の電極と第２の電極との間に予め設定された高電圧が印加されたとき、間隙に放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、高電圧を発生し、高電圧を第１の電極と第２の電極との間に個別に印加する複数の高電圧装置と、第１の電極と第２の電極との間に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置と、複数の高電圧装置およびリーク電流検出装置の動作を制御する制御装置と、を備えた点火装置であって、制御装置は、リーク電流検出装置で検出されたリーク電流に基づいて、第１の電極と第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、高電圧を、複数の高電圧装置から同時期に第１の電極と第２の電極との間に印加し、リーク電流検出装置は、リーク電流を検出するためのバイアス電圧を第１の電極と第２の電極との間に印加する電源と、バイアス電圧の印加時にリーク経路を流れるリーク電流を検出するカレントトランスとを有して構成されるものである。

本発明による点火装置によれば、制御装置が第１の電極と第２の電極との間にリークがあると判断した場合に、少なくとも２つの高電圧装置を同時期に動作させる構成を備えている。その結果、くすぶりによって点火プラグにリーク経路が生成された状態であっても、確実に火花放電を発生させることができる点火装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る点火装置の概略図である。本発明の実施の形態１に係る点火装置の構成図である。本発明の実施の形態１におけるリーク検出区間の説明図である。本発明の実施の形態１における点火制御処理のフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る点火装置の構成図である。本発明の実施の形態２におけるリーク検出区間の説明図である。本発明の実施の形態３に係る点火装置の構成図である。

以下に、本発明の点火装置の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る点火装置１の概略構成図である。

まず、従来技術において、点火プラグの第１の電極と第２の電極間にリーク経路が存在する場合の問題について説明する。

点火プラグの第１の電極と第２の電極間に、火花放電のための放電路を形成するためには、電極間の容量（以下、浮遊容量と称する）を予め設定された高い電圧（以下、絶縁破壊電圧と称する）まで充電する必要がある。浮遊容量の充電は、第１の電極１０１ａに高電圧を印加し、第２の電極をＧＮＤレベルに設定した状態で、高電圧装置から出力される出力電流（以下、充電電流と称することもある）によって行われる。

この際、第１の電極と第２の電極間にリーク経路が存在すると、出力電流の一部がリーク経路に流れてしまう。このため、浮遊容量を絶縁破壊電圧まで充電することができない。または、浮遊容量を絶縁破壊電圧まで充電することができたとしても、リーク経路が存在しない場合に比べて、長い充電時間を要することになる。

例えば、高電圧装置の出力電流値をＩ_Ｏ、リーク経路の抵抗値をＲ_Ｌとした場合、最大でもＩ_Ｏ×Ｒ_Ｌ［Ｖ］までしか充電できないと言える。例えば、Ｉ_Ｏ＝５０ｍＡ、Ｒ_Ｌ＝０．５ＭΩの場合、Ｉ_Ｏ×Ｒ_Ｌ＝５０ｍＡ×０．５ＭΩ＝２５ｋＶとなる。

従って、浮遊容量の絶縁破壊電圧が４０ｋＶであった場合には、充電が不十分となり、火花放電を発生することは、不可能となる。なお、上記の計算は、概算であり、実際の浮遊容量の大きさおよび出力電流の供給源の能力等を考慮すると、実際とは多少異なる場合がある。

以上説明した従来技術における問題を解決するために、本実施の形態１に係る点火装置１は、点火プラグ１０１、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂ、リーク電流検出装置１０３および制御装置１０４を備えて構成されている。

点火プラグ１０１は、第１の電極１０１ａおよび第２の電極１０１ｂを備えている。第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂは、予め設定された間隔（以下、間隙と称する）を介して配置されている。第１の電極１０１ａは、高電圧が印加される電極である。一方、第２の電極１０１ｂは、ＧＮＤレベルに設定される電極である。

点火プラグ１０１は、第１の電極１０１ａに予め設定された高電圧が印加され、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂ間の間隙に火花放電を発生させて、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる。

高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂは、予め設定された高電圧を発生し、発生した高電圧を、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に印加する。

リーク電流検出装置１０３は、リーク電流検出用のバイアスが印加された時に、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に流れる電流を検出し、図示しない信号線を介して、検出した結果を制御装置１０４に出力する。

制御装置１０４は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂの動作を制御する機能を有している。

次に、図１を用いて、本発明の実施の形態１における点火装置１の動作の概要について説明する。

図１に示す点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に火花放電を発生させるためには、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の浮遊容量を、絶縁破壊電圧まで、充電する必要がある。

そのために、まず、制御装置１０４は、リーク電流検出装置１０３の検出結果に基づいて、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間にリークがあるか否かを判断する。リークがあると判断した場合、続いて、制御装置１０４は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂの２個の高電圧装置を同時期に動作させる。

すなわち、制御装置１０４は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂを同時期に動作させ、出力電流をおよそ２倍にすることにより、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間にリーク経路が存在した場合でも、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間の浮遊容量を絶縁破壊電圧まで充電することが可能となる。

なお、上記の例では高電圧装置を１００Ａおよび１００Ｂの２個としたが、本発明の実施の形態は、これに限られるものではない。高電圧装置の個数をＮ個（Ｎは２以上の整数値）とすれば、Ｎ個の高電圧装置を同時期に動作させることで、およそＮ倍の出力電流を点火プラグ１０１に供給することができる。

すなわち、さらに１個の高電圧装置を高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂと並列に接続して、３個の高電圧装置としてもよい。また、さらに多くの高電圧装置を並列に接続してもよい。また、これら複数の高電圧装置は、それぞれ別々にパッケージされてもいてもよく、同一のパッケージ内に配置されるようにしてもよい。

なお、Ｎ個の高電圧装置が同時期に動作している状態とは、高電圧装置がＮ個（Ｎは２以上の整数値）あった場合、Ｎ個の高電圧装置が電流を出力している期間が重なっている状態を意味している。すなわち、高電圧装置１つあたりの出力電流をＩｏとした場合、Ｎ個の高電圧装置から出力される出力電流の合計が、およそＩｏ×Ｎとなっている期間が存在する状態が、Ｎ個の高電圧装置が同時期に動作している状態に相当する。

以上説明したように、本実施の形態１に係る点火装置によれば、高電圧装置を同時期にＮ個（Ｎは２以上の整数値）動作させることで、高電圧装置から出力される出力電流をおよそＮ倍とすることができる。これにより、点火プラグの電極間にリークがあった場合でも、絶縁破壊電圧まで浮遊容量を充電することができる。この結果、従来よりも確実に火花放電を発生させることができる。

次に、図２の構成図、図３の説明図および図４のフローチャートを用いて、本実施の形態１における点火装置１の、より詳細な構成および動作について説明する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするため、高電圧装置の数を２個とした場合について例示する。

図２は、図１の高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂを点火コイルとした場合の例を示している。図２に示す点火装置１は、点火プラグ１０１、高電圧装置２００Ａおよび２００Ｂ、リーク電流検出装置１０３および制御装置１０４を備えて構成されている。また、図２に示す電源２０５および２１５は、バッテリ等の外部電源である。

図２に示す高電圧装置２００Ａは、１次コイル２０１、１次コイル２０１と磁気的に結合する２次コイル２０２、スイッチング素子２０３およびダイオード２０４を備えている。同様に、高電圧装置２００Ｂは、１次コイル２１１、１次コイル２１１と磁気的に結合する２次コイル２１２、スイッチング素子２１３およびダイオード２１４を備えている。

高電圧装置２００Ａは、１次コイル２０１に通電することでエネルギーを蓄積し、通電を遮断する際に蓄積したエネルギーを解放することで、２次コイル２０２に高電圧を発生させる点火コイルである。同様に、高電圧装置２００Ｂは、１次コイル２１１に通電することでエネルギーを蓄積し、通電を遮断する際にエネルギーを解放することで、２次コイル２１２に高電圧を発生させる点火コイルである。

１次コイル２０１および２１１の一端は、それぞれ外部電源２０５および２１５に接続されている。１次コイル２０１および２１１の他端は、それぞれスイッチング素子２０３および２１３を介して、アースに接続されている。

スイッチング素子２０３および２１３は、制御装置１０４が出力する点火信号により、１次コイル２０１および２１１の通電と遮断を切り替え可能である。具体的には、スイッチング素子２０３は、制御装置１０４が出力する点火信号Ａが「ＨＩＧＨ」の場合には通電になるように、「ＬＯＷ」の場合には遮断になるように切り替わることができる。同様に、スイッチング素子２１３は、制御装置１０４が出力する点火信号Ｂが「ＨＩＧＨ」の場合には通電になるように、「ＬＯＷ」の場合には遮断になるように切り替わることができる。

２次コイル２０２および２１２の一端は、アースへと接続されている。２次コイル２０２および２１２の別の一端は、それぞれ高電圧装置２００Ａおよび２００Ｂの出力端である。高電圧装置２００Ａおよび２００Ｂの出力端は、それぞれダイオード２０４および２１４を介して、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａに並列に接続されている。

リーク電流検出装置１０３は、高電圧装置２００Ａおよび２００Ｂの出力端と、第１の電極１０１ａとの間に接続されている。リーク電流検出装置１０３は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂの出力電流が流れ込むことを防止するダイオード２０６、リーク経路を流れる電流を検出するカレントトランス２０７、直流電源２０８とで構成されている。

リーク電流検出装置１０３内の直流電源２０８は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に、リーク電流検出用のバイアス電圧を印加する。リーク電流検出装置１０３は、制御装置１０４からの指令に従ってリーク電流を検出し、検出結果を制御装置１０４に出力する。

例えば、リーク電流検出用のバイアス電圧が１００Ｖであり、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に０．５ＭΩのリーク経路があった場合、リーク電流検出装置１０３内のカレントトランス２０７は、２００μＡの電流を、リーク電流として検出する。

次に、図３を用いて、上記のリーク電流を検出するタイミングについて説明する。

図３は、リーク電流検出区間３０１を、内燃機関の動作タイミングおよび１次コイル２０１および２１１への通電タイミングを基準として示す説明図である。

図３では、内燃機関の動作として、遅角側から進角側に向かう順に、排気、吸気、圧縮、燃焼、排気となる区間を示している。１次コイル２０１および２１１への通電タイミングとしては、通電開始および遮断を行うタイミングを示している。

制御装置１０４は、リーク電流の検出を、図３に示すリーク電流検出区間３０１内に実行するように、リーク電流検出装置１０３を制御する。

リーク電流検出区間３０１は、排気バルブを閉として、排気を終了した後から、燃焼開始前までの区間としている。リーク電流検出区間３０１には、排気終了時点は含まれるが、燃焼開始時点および通電遮断時点は含まない。なお、燃焼開始前までとは、図３に示すように、１次コイル２０１および２１１への通電を遮断する前までとすることもできる。通電遮断後は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂから、火花点火に必要な高電圧が、点火プラグ１０１に供給される。

リーク電流検出区間３０１を図３に示したような区間に設定する理由は、リーク電流検出において、イオン電流の影響を低減するためである。内燃機関の燃焼期間および排気期間では、燃焼室内に充満したイオン化物質によるイオン電流が発生している場合がある。そのため、本実施の形態１に係る点火装置は、イオン電流が発生しない期間、すなわち、排気バルブが閉となって排気が終了してから燃焼が開始される前までの区間に、リーク電流の検出を行うように設定している。これにより、リーク電流の検出を精度良く行うことが可能となる。

なお、リーク電流がイオン電流よりも十分に大きい場合には、イオン電流の影響は、無視できる程度に小さくなる。そのため、リーク電流が大きい場合のみ、例えば、リーク経路の抵抗が１ＭΩ以下の強いリーク状態のみを検出したい場合には、イオン電流の影響は無視できる。この場合には、内燃機関の燃焼期間および排気期間においても、リーク電流検出を行うことができる。

次に、図４のフローチャートを用いて、制御装置１０４の動作について説明する。

まず、Ｓ４０１において、制御装置１０４は、現在の内燃機関の動作状態が、リーク電流検出区間３０１内であるか否かを判断する。リーク電流検出区間内でない場合には（Ｓ４０１：Ｎｏ）、制御装置１０４は、電流検出を行わずに処理を終了する。リーク電流検出区間３０１内である場合には（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）、Ｓ４０２に進む。

Ｓ４０２においては、制御装置１０４は、リーク電流検出装置１０３内のカレントトランス２０７からリーク電流検出値を取得し、変数Ａとして設定する。ここで、変数Ａとして設定するリーク電流検出値は、リーク電流検出区間３０１内で検出した１回のリーク電流検出値でもよく、複数回検出したリーク電流値の中央値、平均値または積分値を用いてもよい。

続いて、Ｓ４０３において、制御装置１０４は、リーク電流の閾値を変数ＴＨとして設定する。リーク電流の閾値は、予め設定された一定値でもよく、エンジン回転数、負荷、水温、吸気温およびオクタン価に対応した関数、またはＭＡＰ値を用いて設定してもよい。

続いて、Ｓ４０４において、制御装置１０４は、変数Ａが閾値ＴＨより大きいか否かを判定する。変数Ａが閾値ＴＨよりも大きい場合には（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）、Ｓ４０５に処理を進める。

Ｓ４０５において、制御装置１０４は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に「リークあり」と判定し、Ｓ４０６に処理を進める。

Ｓ４０６において、制御装置１０４は、カウンタ値ＣＮＴに、予め設定した維持値Ｃ０を設定して、Ｓ４０７に処理を進める。ここで、維持値とは、Ｓ４０７の「リーク時処置」を実行する点火回数期間として予め設定された値である。

Ｓ４０７において、制御装置１０４は、「リーク時処置」の実行を制御した後、処理を終了する。すなわち、制御装置１０４は、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂが同時期に動作するように、高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂに対して、点火信号ＡおよびＢをそれぞれ出力する。

Ｓ４０４の説明に戻り、変数Ａが閾値ＴＨ以下である場合には（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）、制御装置１０４は、Ｓ４０８に処理を進める。

Ｓ４０８において、制御装置１０４は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に「リークなし」と判定し、Ｓ４０９に処理を進める。

Ｓ４０９において、制御装置１０４は、カウンタ値ＣＮＴを１減算して、Ｓ４１０へ処理を進める。

Ｓ４１０において、制御装置１０４は、カウンタ値ＣＮＴが０以下であるか否かを判定する。カウンタ値ＣＮＴが０より大きい場合には（Ｓ４１０：Ｎｏ）、Ｓ４０７へ進み、制御装置１０４は、「リーク時処置」の実行を制御した後、処理を終了する。

カウンタ値ＣＮＴが０以下である場合には（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、制御装置１０４は、
Ｓ４１１に処理を進める。Ｓ４１１においては、制御装置１０４は、カウンタ値ＣＮＴを０に設定した後、処理を終了する。

なお、制御装置１０４は、Ｓ４０５において一度「リークあり」と判断した場合には、その後に実行される図４に示すフローにおいて「リークなし」と判定されても、維持値Ｃ０として設定した点火回数期間は、Ｓ４０７の「リーク時処置」を実行するように設定する。

また、「リークあり」と判定された場合には、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂ間に、閾値ＴＨより大きなリーク電流が存在する。このため、浮遊容量を絶縁破壊電圧まで充電する充電時間が長くなる。そこで、制御装置１０４は、Ｓ４０５において「リークあり」と判定した場合には、Ｓ４０７において、上記の「リーク時処置」に加えて、点火タイミングを進角させる制御を行うようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態１に係る点火装置によれば、点火プラグの第１の電極と第２の電極間にリークが発生している場合においても、２つの高電圧装置を同時期に動作させることにより、確実に火花放電を発生させることができる。その結果、内燃機関を安定動作させることができるため、未燃燃料などの排出を抑制することができ、環境保全に寄与することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る点火装置２の構成図である。図５は、図２と同様に、図１の高電圧装置１００Ａおよび１００Ｂを点火コイルとした例を示している。

以下に説明する実施の形態２に係る点火装置２では、実施の形態１に示したリーク電流検出装置１０３の機能を、高電圧装置の一つに組み込んだ構成としている。なお、点火装置２において、通常の火花放電を行う場合の動作については、実施の形態１で説明した点火装置１と同様であるため、説明を省略する。

図５に示すように、実施の形態２に係る点火装置２は、高電圧装置５００Ａおよび５００Ｂ、点火プラグ１０１、制御装置１０４を備えて構成されている。

本実施の形態２における高電圧装置５００Ａは、高電圧装置としての機能と、リーク電流検出装置としての機能の両方を兼ねることができる構成となっている。

高電圧装置５００Ａは、１次コイル５０１、２次コイル５０２、スイッチング素子５０３、ツェナーダイオード５０４、カレントトランス５０５およびトランス５０６を備えている。一方、高電圧装置５００Ｂは、１次コイル５１１、２次コイル５１２、スイッチング素子５１３およびツェナーダイオード５１４を備えている。

高電圧装置５００Ａ内のツェナーダイオード５０４は、高電圧装置５００Ｂのエネルギー蓄積時電流が流れ込んでくることを防止する。カレントトランス５０５は、リーク経路を流れる電流を検出する。トランス５０６は、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に、リーク電流検出用のバイアスを印加する機能を備えている。

点火装置２において、リーク電流検出を行う場合の動作について説明する。
制御装置１０４が、高電圧装置５００Ａ内のスイッチング素子５０３に点火信号「ＨＩＧＨ］を出力すると、スイッチング素子５０３は、導通状態となる。そして、トランス５０６の１次コイル５０１には、通電によってエネルギーが蓄積される。１次コイル５０１への通電中に、トランス５０６の２次コイル５０２には、数百ボルトの電圧が発生する。制御装置１０４は、この２次コイル５１２に発生した電圧を、リーク電流検出用のバイアスとして、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａとアースとの間に印加する。

このような構成にすることにより、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間にリーク経路が存在する場合、トランス５０６の２次コイル５０２を介してカレントトランス５０５に流れる電流を、リーク電流として検出することが可能となる。すなわち、点火装置２においては、実施の形態１で示した点火装置１のリーク電流検出装置１０３が不要となる。そのため、点火装置２は、実施の形態１で示した点火装置１よりも簡素な構成とすることができる。また、リーク電流検出装置１０３が不要となる分の部品点数が削減できるため、本実施の形態２における点火装置２は、実施の形態１で示した点火装置１よりも安価に製造可能である。

図６に、実施の形態２におけるリーク電流検出区間６０１を示す。リーク電流検出区間６０１以外は、実施の形態１で説明した図３と同一である。

実施の形態２におけるリーク電流検出区間６０１は、図６に示すように、１次コイル５０１の通電開始後から通電遮断前までの区間に設定する。ここで、リーク電流検出区間６０１には、通電開始時点および通電遮断時点は含まないように設定している。

リーク電流検出区間６０１を図６に示したような区間に設定する理由は、点火装置２におけるリーク電流検出用のバイアスを、上記のように、トランス５０６の１次コイル５０１への通電によって発生させているためである。通電遮断後は、高電圧装置５００Ａおよび５００Ｂから、火花点火に必要な高電圧が、点火プラグ１０１に供給される。

制御装置１０４は、リーク電流検出区間６０１において検出したカレントトランス５０５に流れるリーク電流の検出値に基づいて、実施の形態１と同様に、「リークあり」または「リークなし」に応じた処理を実行する。すなわち、制御装置１０４は、「リークあり」と判定した場合には、高電圧装置２００Ａおよび２００Ｂを同時期に駆動することで、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に、確実に火花放電を発生させることができる。

以上説明したように、本実施の形態２に係る点火装置２によれば、実施の形態１に示した点火装置１よりも簡素かつ安価に製造可能な構成で、点火プラグの第１の電極と第２の電極間にリークが発生している場合においても、複数の高電圧装置を同時期に動作させることにより、確実に火花放電を発生させることができる。その結果、内燃機関を安定動作させることができるため、未燃燃料などの排出を抑制することができ、環境保全に寄与することができる。

実施の形態３．
以上説明した実施の形態１および実施の形態２では、高電圧装置として点火コイルを使用する例について説明した。しかしながら、本発明の実施の形態は、これに限られるものではない。そこで、本実施の形態３では、高電圧装置として、図７に示すような点火コイルを使用しない構成を採用する場合について説明する。

以下に説明する実施の形態３においては、実施の形態１および２とは異なり、交流電力による共振現象によって、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａに、火花放電に必要な高電圧を印加する構成としている。また、本実施の形態３においては、先の実施の形態１のリーク電流検出装置１０３の機能を、交流電源とカレントトランスによって実現するように構成している。

図７は、本発明の実施の形態３に係る点火装置３の構成図である。実施の形態１または２と共通する構成については説明を省略する。

図７に示す点火装置３は、高電圧装置７００Ａおよび７００Ｂ、カレントトランス７０３、点火プラグ１０１および制御装置１０４を備えている。

高電圧装置７００Ａは、リアクトル７０１および交流電源７０２を備えている。また、高電圧装置７００Ｂは、リアクトル７１１および交流電源７１２を備えている。また、カレントトランス７０３は、高電圧装置７００Ａの交流電源７０２およびアースに接続されている。

リアクトル７０１および７１１は、点火プラグ１０１の浮遊容量とそれぞれ共振回路を構成する。

高電圧装置７００Ａの交流電源７０２および高電圧装置７００Ｂの交流電源７１２は、それぞれこの共振回路の共振周波数付近となる交流電流および電圧を供給するように、制御装置１０４によって電力を出力するタイミングおよび周波数を制御される。

次に、点火装置３において、通常の火花放電を行う場合の動作について説明する。なお、以下では、高電圧装置７００Ａについて説明するが、高電圧装置７００Ｂの動作も同様である。

制御装置１０４は、高電圧装置７００Ａ内の交流電源７０２に対して、リアクトル７０１および点火プラグ１０１の浮遊容量とで構成される共振回路が共振現象を起こすために必要な交流電力の出力を指示する。具体的には、この交流電力は、リアクトル７０１と点火プラグ１０１の浮遊容量とで構成される共振回路の共振周波数付近の交流電力とすればよい。

交流電源７０２から出力された交流電力によって、リアクトル７０１および点火プラグ１０１の浮遊容量とで構成される共振回路に共振現象が生じる。これにより、共振回路の中点、すなわち、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａの電圧は、昇圧される。

この昇圧により、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に火花放電が発生する。その結果、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させることができる。

次に、点火装置３において、リーク電流検出を行う場合の動作について説明する。第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間にリーク経路がある場合には、第１の電極１０１ａの電圧を昇圧できなくなる。そのため、実施の形態１、実施の形態２と同様に、制御装置１０４は、リークの有無を検出し、リークがあれば高電圧装置を複数同時に動かすことで、確実に火花放電を発生させる。

リーク電流検出は、高電圧装置７００Ａの交流電源７０２及びカレントトランス７０３の構成によって、以下のように行う。

制御装置１０４は、リーク電流検出用のバイアスとして、リアクトル７０１の影響を無視できる程度の低周波数の電力を出力するように、高電圧装置７００Ａ内の交流電源７０２に指示を出す。

ここで、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間にリーク経路がある場合にカレントトランス７０３に流れるリーク電流は、火花放電を発生させるための共振用電流とは異なる周波数帯域の電流となる。そのため、制御装置１０４は、リーク電流と共振用電流とを区別して検出することができる。

すなわち、制御装置１０４は、交流電源７０２から出力された低周波の電圧が、点火プラグ１０１の第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に印加された状態において、カレントトランス７０３に流れる電流を、リーク電流として検出することが可能である。なお、リーク電流検出区間は、実施の形態１と同様に、図３の区間３０１とすればよい。

制御装置１０４は、リーク電流検出区間３０１において検出したカレントトランス７０３に流れるリーク電流の検出値に基づいて、実施の形態１および２と同様に、「リークあり」または「リークなし」に応じた処理を実行する。すなわち、制御装置１０４は、「リークあり」と判定した場合には、高電圧装置７００Ａおよび７００Ｂを同時期に駆動することで、第１の電極１０１ａと第２の電極１０１ｂとの間に、確実に火花放電を発生させることができる。

以上説明したように、本実施の形態３に係る点火装置３によれば、実施の形態１に示した点火装置１および実施に形態２で示した点火装置２よりも簡素かつ安価に製造可能な構成で、点火プラグの第１の電極と第２の電極間にリークが発生している場合においても、複数の高電圧装置を同時期に動作させることができる。従って、確実に火花放電を発生させることができる。その結果、実施の形態１および実施の形態２と同様に、内燃機関を安定動作させることができるため、未燃燃料などの排出を抑制することができ、環境保全に寄与することができる。

１０１点火プラグ、１０１ａ第１の電極、１０１ｂ第２の電極、１００Ａ、１００Ｂ、２００Ａ、２００Ｂ、５００Ａ、５００Ｂ、７００Ａ、７００Ｂ高電圧装置、１０３リーク電流検出装置、１０４制御装置、５０５、７０３カレントトランス、５０６トランス。

Claims

間隙を介して配置される第１の電極と第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に予め設定された高電圧が印加されたとき、前記間隙に放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
前記高電圧を発生し、前記高電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に個別に印加する複数の高電圧装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置と、
前記複数の高電圧装置および前記リーク電流検出装置の動作を制御する制御装置と、
を備えた点火装置であって、
前記制御装置は、前記リーク電流検出装置で検出された前記リーク電流に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、前記高電圧を、前記複数の高電圧装置から同時期に前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加し、
前記リーク電流検出装置は、前記リーク電流を検出するためのバイアス電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する電源と、前記バイアス電圧の印加時にリーク経路を流れる前記リーク電流を検出するカレントトランスとを有して構成される
点火装置。
前記複数の高電圧装置のそれぞれは、１次コイルと、前記１次コイルと磁気的に結合する２次コイルとを備え、
前記制御装置は、前記１次コイルに通電することでエネルギーを蓄積し、前記通電を遮断する際に、前記１次コイルが前記エネルギーを解放することで前記２次コイルに高電圧を発生させることによって、前記点火プラグの前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記高電圧を印加する
請求項１に記載の点火装置。
間隙を介して配置される第１の電極と第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に予め設定された高電圧が印加されたとき、前記間隙に放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
前記高電圧を発生し、前記高電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に個別に印加する複数の高電圧装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置と、
前記複数の高電圧装置および前記リーク電流検出装置の動作を制御する制御装置と、
を備えた点火装置であって、
前記制御装置は、前記リーク電流検出装置で検出された前記リーク電流に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、前記高電圧を、前記複数の高電圧装置から同時期に前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加し、
前記複数の高電圧装置のそれぞれは、１次コイルと、前記１次コイルと磁気的に結合する２次コイルとを備え、
前記制御装置は、前記１次コイルに通電することでエネルギーを蓄積し、前記通電を遮断する際に、前記１次コイルが前記エネルギーを解放することで前記２次コイルに高電圧を発生させることによって、前記点火プラグの前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記高電圧を印加し、
前記リーク電流検出装置は、前記複数の高電圧装置の１つの内部に配置され、前記１次コイルと前記２次コイルにより構成されるトランスと、前記リーク電流を検出するためのバイアス電圧として前記２次コイルに発生する電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加することでリーク経路を流れる前記リーク電流を検出するカレントトランスとを有して構成される
点火装置。
前記制御装置は、前記１次コイルの通電中に前記リーク電流を検出するように、前記リーク電流検出装置が配置された１つの高電圧装置を制御する
請求項３に記載の点火装置。
間隙を介して配置される第１の電極と第２の電極とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に予め設定された高電圧が印加されたとき、前記間隙に放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
前記高電圧を発生し、前記高電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に個別に印加する複数の高電圧装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置と、
前記複数の高電圧装置および前記リーク電流検出装置の動作を制御する制御装置と、
を備えた点火装置であって、
前記制御装置は、前記リーク電流検出装置で検出された前記リーク電流に基づいて、前記第１の電極と前記第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、前記高電圧を、前記複数の高電圧装置から同時期に前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加し、
前記複数の高電圧装置のそれぞれは、前記点火プラグの浮遊容量と共振回路を構成するリアクトルと、交流電源と、を備え、
前記制御装置は、前記交流電源から、前記共振回路が共振可能な周波数の電力を出力させることによって、前記点火プラグの前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記高電圧を印加する
点火装置。
前記リーク電流検出装置は、前記複数の高電圧装置の１つに含まれている前記リアクトルおよび前記交流電源と、前記交流電源とアースとの間に接続されて前記リーク電流を検出するカレントトランスとを有して構成され、
前記制御装置は、前記リーク電流を検出する際に、前記交流電源から、前記高電圧を印加するための電力の周波数よりも低い周波数の電力を出力させることによって前記リーク電流を検出するためのバイアス電圧を前記点火プラグの前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する
請求項５に記載の点火装置。
前記制御装置は、前記内燃機関の排気バルブを閉じて排気を終了してから、燃焼を開始する前までの区間に、前記リーク電流検出装置が前記リーク電流を検出するように制御する
請求項１から６のいずれか１項に記載の点火装置。
前記複数の高電圧装置は、同一のパッケージ内に配置される
請求項１から７のいずれか１項に記載の点火装置。
前記制御装置は、前記第１の電極と前記第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、予め設定された点火回数の間、前記高電圧を前記複数の高電圧装置から同時期に前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加する
請求項１から８のいずれか１項に記載の点火装置。
前記制御装置は、前記第１の電極と前記第２の電極との間にリークがあると判断した場合には、前記点火プラグを点火させるタイミングが進角側となるように制御する
請求項１から９のいずれか１項に記載の点火装置。