点火装置的制作方法

本发明涉及在内燃机中使用的点火装置。

背景技术：

作为点火装置，周知有对1个火花塞从两个点火线圈赋予电能的内燃机用的点火装置(例如，参照专利文献1)。根据该技术，具备使从车载电池向一方的点火线圈的1次线圈的通电通断的第1开关部、和使从车载电池向另一方的点火线圈的1次线圈的通电通断的第2开关部。并且，以第1、第2开关部的接通期间不重叠的方式，使第1、第2开关部交替地重复基于所谓的全晶体管式的通断动作。由此，能够维持没有放电中断的稳定的放电状态。

但是，根据专利文献1的技术，如果第1、第2开关部的接通期间重叠，则放电电流急剧减少而不能维持火花放电，相反，如果第1、第2开关部的断开期间重叠，则放电定时重叠，放电电流急剧增加而在火花塞中给电极带来较大的损伤。因此，为了追随于由各个零件偏差或内燃机的运转状态的差异造成的火花定时的变化等，需要高精度地进行第1、第2开关部的通断，所以在专利文献1的技术中，控制逻辑的构建变得复杂，可以想到实际运转中的运算负荷较大。

专利文献1：特开2012－041912号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述问题而做出的，目的在于，在对1个火花塞从两个点火线圈赋予电能的内燃机用的点火装置中，减小有关两个开关部的通断的复杂度。

用于解决课题的手段

内燃机用的点火装置的第一技术方案中，从由第1点火线圈及第2点火线圈构成的两个点火线圈对1个火花塞赋予电能。此外，点火装置具备以下的第1、第2开关部及升压电路。

首先，第1开关部通过使从车载电池向第1点火线圈的1次线圈的通电通断，向火花塞的电极间施加电压，使火花放电开始。此外，升压电路将车载电池的电压升压而储存电能。进而，第2开关部通过向第2点火线圈的1次线圈投入储存在升压电路中的电能，在火花塞的电极间重叠与通过第1开关部的通断产生的火花放电相同方向的电流。

并且，通过由第2开关部将升压电路的电能向第2点火线圈的1次线圈投入，在火花塞的电极间持续与通过第1开关部的通断产生的火花放电相同方向的火花放电。

由此，首先，通过基于由第1开关部的通断实现的全晶体管式点火的动作，能够使火花塞的电极间开始火花放电。然后，在该火花放电灭掉之前，反复进行第2开关部的通断而将升压电路的电能向第2点火线圈的1次线圈依次投入，从而能够使火花放电维持相同极性不变地在任意期间中持续。

因此，不需要进行考虑以使第1、第2开关部的接通期间不重叠、并且第1、第2开关部的断开期间不重叠。因而，在从由第1点火线圈及第2点火线圈构成的两个点火线圈对1个火花塞赋予电能的点火装置中，能够降低有关第1、第2开关部的通断的复杂度。

在以下的说明中，将通过第1开关部的通断而产生的火花放电称作主点火，将通过第2开关部的通断而持续的火花放电、即接续于主点火的火花放电称作持续火花放电。

此外，通过使由第1点火线圈及第2点火线圈构成的两个点火线圈匹配于各自的功能使规格不同，能够提高确保发火性、维持放电电流的稳定以及抑制火花塞电极的消耗的效果。

例如，第1点火线圈由于为了最初产生主点火而需要在火花塞的电极间施加大电压，所以希望使匝数比增大，第2点火线圈由于需要维持放电电流，所以希望使电感增大。因而，通过根据这些要求设定第1及第2点火线圈各自的规格，能够提高确保发火性、维持放电电流的稳定以及抑制火花塞电极的消耗的效果。

在点火装置的第二技术方案中，第2点火线圈的1次线圈具有第1端及第2端，第1端连接于车载电池的正电极，并且第2端经由续流二极管连接于地电位。此外，从升压电路向第2点火线圈的1次线圈投入电能的能量投入线路连接于第2点火线圈的1次线圈与续流二极管之间的连接点。

由此，在将第2开关部从接通切换为断开时能够缓和在第2点火线圈的1次线圈中产生的电动势。即，在第2开关部断开时能够将在1次线圈中产生的电动势从1次线圈起依次以车载电池、地单位、续流二极管、1次线圈的路径进行续流。因此，在火花塞中能够不伴随急剧电流变化而使持续火花放电稳定地持续。

在点火装置的第三技术方案中，第2点火线圈的1次线圈具有第1端及第2端，第1端连接于地电位，并且第2端经由续流二极管连接于地电位。此外，从升压电路向第2点火线圈的1次线圈投入电能的能量投入线路连接于第2点火线圈的1次线圈与续流二极管之间的连接点。

由此，关于伴随着第2开关部的通断的电动势的续流路径，能够使从1次线圈朝向的目标的电位比第二技术方案降低。因此，能够降低升压电路的升压幅度，所以能够对用于升压电路的各种元件及用于能量投入线路的各种元件采用耐压低的元件。结果，能够实现点火装置的成本降低及体积减小、以及升压电路中的电能的储存效率的提高。

在点火装置的第四技术方案中，点火装置具备反偏磁极性的磁铁。

即，磁铁设置于使通过向第1点火线圈的1次线圈的通电而产生的磁通穿过的磁路，将形成磁路的铁芯反偏磁。

由此，在铁芯中不易发生磁饱和，能够增加能够在1次线圈中储存的能量，所以能够将主点火强化。

在点火装置的第五技术方案中，点火装置中，上述磁铁是第1磁铁，具备反偏磁极性的第2磁铁。

即，第2磁铁与第1磁铁分体地设置，并且设置于使通过向第2点火线圈的1次线圈的通电而产生的磁通穿过的磁路，将形成磁路的铁芯反偏磁。

由此，在铁芯中不易发生磁饱和，能够增加能够在1次线圈中储存的能量，所以能够将持续火花放电强化。

附图说明

图1表示点火装置的概略结构图(实施例1)。

图2表示用来说明点火装置的动作的时序图(实施例1)。

图3表示点火装置的概略结构图(实施例2)。

图4(a)表示使铁芯反偏磁的状态的说明图(实施例2)，该铁芯使通过向主点火用的1次线圈的通电而发生的磁通穿过。图4(b)表示使铁芯反偏磁的状态的说明图(实施例2)，该铁芯使通过向持续火花放电用1次线圈的通电而发生的磁通穿过。

图5表示对通过与磁铁使用相伴随的反偏磁而能量增加的情况进行说明的磁化特性图(实施例2)。

图6表示点火装置的概略结构图(实施例3)。

具体实施方式

以下，使用实施例说明用来实施发明的方式。另外，实施例是公开具体的一例的，本发明当然并不限定于实施例。

实施例

〔实施例1的结构〕

参照图1说明实施例1的点火装置1。

点火装置1搭载于车辆行驶用的火花点火发动机，在规定的点火时期向燃烧室内的混合气点火。另外，发动机的一例是能够进行以汽油为燃料的稀薄燃烧(lean burn(贫燃))的直喷式发动机，具备使汽缸内产生滚流或旋流等混合气的旋绕流的旋绕流控制机构。并且，如贫燃那样，在汽缸内的气体流速高、有可能发生火花放电的吹灭的运转状态下，控制点火装置1以使其除了主点火以外还进行持续火花放电。

此外，点火装置1是DI(直接点火)型，对各汽缸的1个火花塞2从由第1点火线圈3A及第2点火线圈3B构成的两个点火线圈赋予电能。

进而，点火装置1基于从成为发动机控制的中枢的电子控制单元(以下称作ECU4)提供的点火信号IGt、放电持续信号IGw等信号，将第1及第2点火线圈3A、3B各自的1次线圈5A、5B进行通电控制。并且，点火装置1通过将1次线圈5A、5B通电控制，操作在点火线圈的各自的2次线圈6A、6B中产生的电能，控制火花塞2的火花放电。

这里，ECU4被从检测表示发动机的运转状态或控制状态的参数(暖机状态、发动机旋转速度、发动机负载、稀薄燃烧的有无、旋绕流的程度等)的各种传感器输入信号。此外，ECU4具备处理被输入的信号的输入电路、基于输入的信号进行关于发动机控制的控制处理及运算处理的CPU、存储并保持发动机控制所需要的数据及程序等的各种存储器、基于CPU的处理结果输出发动机控制所需要的信号的输出电路等而构成。并且，ECU4生成并输出与从各种传感器取得的发动机参数对应的点火信号IGt及放电持续信号IGw。

实施例1的点火装置1具备以下说明的火花塞2、第1及第2点火线圈3A、3B、第1开关部8、升压电路9、第2开关部10及第1～第4二极管12～15。

首先，火花塞2具有周知构造，具备与分别具有第1端及第2端的2次线圈6A的第1端及2次线圈6B的第1端连接的中心电极、和经由发动机的缸盖等被接地的接地电极。并且，通过在2次线圈6A、6B中产生的电能，向中心电极与接地电极之间施加电压，产生火花放电。

第1及第2点火线圈3A、3B是分别具有1次线圈5A、5B和2次线圈6A、6B、对应于流过1次线圈5A、5B的电流(1次电流)的增减而通过电磁感应使2次线圈6A、6B产生电流(2次电流)的周知构造。这里，1次线圈5A、5B分别具有第1端及第2端，两者都是第1端连接于车载电池17的正电极、第2端经由各种电子元件等连接于地电位(以下，有时将使1次线圈5A、5B各自的第2端连接于地电位的线路分别称作接地线路α、β)。此外，分别具有第1端及第2端的2次线圈6A、6B两者都是第1端连接于火花塞2的中心电极、第2端连接于地电位。

第1开关部8设在接地线路α中，使从车载电池17向1次线圈5A的通电通断，在被从ECU4提供点火信号IGt的期间中使向1次线圈5A的通电接通。这里，点火信号IGt是用来使1次线圈5A中的通电接通的信号，更具体地讲，是指令使1次线圈5A储存磁能的期间的信号。另外，第1开关部8是功率晶体管、MOS型晶体管、晶闸管等。

并且，通过在被从ECU4提供点火信号IGt的期间中第1开关部8接通，对1次线圈5A施加车载电池17的电压而通过正的1次电流，在1次线圈5A中储存磁能。然后，通过第1开关部8的断开，通过电磁感应将储存在1次线圈5A中的磁能变换为电能，在2次线圈6A中产生高电压并在火花塞2的电极间施加高电压，产生主点火。

升压电路9将车载电池17的电压升压而作为电能储存到电容器18中，在从ECU4提供点火信号IGt的期间中将车载电池17的电压升压而储存。此外，升压电路9除了电容器18以外还具备扼流线圈19、升压用开关部20、升压用驱动电路21及二极管22而构成。另外，升压用开关部20例如是MOS型晶体管。

这里，扼流线圈19其一端连接于车载电池17的正电极，通过升压用开关部20使扼流线圈19的通电状态切断/接续。此外，升压用驱动电路21向升压用开关部20提供控制信号而使升压用开关部20通断，通过升压用开关部20的通断动作，将由扼流线圈19储存的磁能在电容器18中作为电能进行充电。

另外，升压用驱动电路21设计为，在从ECU4提供点火信号IGt的期间中将升压用开关部20以规定周期反复通断。

此外，二极管22防止储存在电容器18中的电能向扼流线圈19侧倒流。

第2开关部10通过接通动作将储存在升压电路9中的电能向1次线圈5B投入，从而在火花塞2的电极间重叠施加与通过第1开关部8的通断而产生的火花放电相同方向的电流，使接续于主点火的持续火花放电持续。

更具体地讲，第2开关部10通过从驱动电路24提供的控制信号而接通，设在以下的能量投入线路γ中。

即，能量投入线路γ连接于接地线路β，是将升压电路9的电能从1次线圈5B的第2端(负侧)投入的线路。此外，驱动电路24在被从ECU4提供放电持续信号IGw的期间中将控制信号的高/低反复切换并输出。这里，放电持续信号IGw是指令使持续火花放电持续的期间的信号，更具体地讲，是指令通过驱动电路24使第2开关部10反复通断而从升压电路9向1次线圈5B投入电能的期间的信号。

并且，第2开关部10在被从ECU4提供放电持续信号IGw的期间反复通断，将升压电路9的电能向1次线圈5B依次投入，由此，持续火花放电得以持续。

另外，第2开关部10是功率晶体管、MOS型晶体管、晶闸管等。

第1、第2二极管12、13分别设在火花塞2的中心电极与2次线圈6A、6B之间，在主点火和持续火花放电中将放电电流的方向限定为相同的方向。即，第1、第2二极管12、13设置为，使通过第1开关部8的通断而在2次线圈6A中流过2次电流时的放电电流、和通过第2开关部10的通断而在2次线圈6B中流过2次电流时的放电电流为相同的方向。

此外，第3二极管14在能量投入线路γ中设在第2开关部10的负侧，阻止从1次线圈5B向升压电路9的电流的倒流。

进而，第4二极管15在接地线路β中设在比与能量投入线路γ的连接点靠地电位侧，在将第2开关部10从接通切换为断开时作为续流二极管动作。即，第4二极管15在第2开关部10断开时将在1次线圈5B中产生的电动势从1次线圈5B起在车载电池17、地电位、第4二极管15、1次线圈5B的路径中续流。

接着，参照图2说明点火装置1的动作。

另外，在图2中，“IGt”用于将点火信号IGt的输入状态用高/低表示，“IGw”用于将放电持续信号IGw的输入状态用高/低表示。此外，“投入开关”表示第2开关部10的通断，“I11”、“I12”分别表示流到1次线圈5A、5B中的1次电流的值，“I2”表示放电电流的值。

当点火信号IGt从低向高切换(参照时间t01)，则在点火信号IGt为高的期间中，第1开关部8维持接通状态，在1次线圈5A中流过正的1次电流而储存磁能。此外，在升压电路9中储存电能。

当之后点火信号IGt从高向低切换，则第1开关部8断开，1次线圈5A的通电状态被切断(参照时间t02)。由此，储存在1次线圈5A中的磁能被变换为电能，在2次线圈6A中产生高电压，在火花塞2中开始主点火。

在火花塞2中开始主点火后，放电电流以大致三角波形状衰减。并且，在放电电流达到规定的下限阈值(为了维持火花放电所需要的电流值的下限)之前，放电持续信号IGw从低向高切换(参照时间t03)。

当放电持续信号IGw从低向高切换，则第2开关部10进行通断，储存在升压电路9中的电能被依次向1次线圈5B的负侧投入，从1次线圈5B朝向车载电池17的正电极流过1次电流。更具体地讲，每当第2开关部10接通，从1次线圈5B朝向车载电池17的正电极的1次电流就被追加而向负侧增加(参照时间t03～t04)。

并且，每当1次电流被向1次线圈5B追加，则对2次线圈6B依次追加2次电流，放电电流在与主点火时相同的方向上被维持为大致一定的值。结果，作为主点火发生的火花放电作为持续火花放电而持续。

〔实施例1的效果〕

实施例1的点火装置1从两个第1及第2点火线圈3A、3B对1个火花塞2赋予电能，具备以下的第1开关部8及第2开关部10。首先，第1开关部8通过将从车载电池17向1次线圈5A的通电进行通断而向火花塞2的电极间施加电压。此外，第2开关部10通过将储存在升压电路9中的电能向1次线圈5B投入，在火花塞2的电极间施加与通过第1开关部8的通断产生的电压相同方向的电压。

并且，通过第1开关部8的通断在火花塞2的电极间施加电压而使主点火开始，并且在开始的主点火中反复进行第2开关部10的通断而将升压电路9的电能向1次线圈5B依次投入，从而在火花塞2的电极间持续施加相同方向的电压，使主放电持续进行持续火花放电。

由此，在通过基于由第1开关部8的通断引起的全晶体管式点火的动作使主点火开始后，在主点火灭掉之前，重复第2开关部10的通断而向1次线圈5B投入电能，从而能够使持续火花放电在任意的期间中持续。

因此，在从两个第1及第2点火线圈3A、3B对1个火花塞2赋予电能的点火装置1中，不再需要进行考虑以使第1、第2开关部8、10的接通期间不重叠、并且第1、第2开关部8、10的断开期间不重叠。因而，能够使第1、第2开关部8、10的通断的复杂度相比以往大幅降低。

此外，通过将第1及第2点火线圈3A、3B分别用于主点火、持续火花放电而独立地设置，能够使伴随着主点火时的通电的发热和伴随着持续火花放电时的通电的发热分散。因此，能够使点火装置1小型化。

此外，通过使将点火信号IGt从高向低切换的时间t02与将放电持续信号IGw从低向高切换的时间t03一致，能够更早地将2次电流提高到发火所需要的水平，所以能够进一步提高发火性。

进而，能够根据发动机的运转状态，选择是仅产生主点火、还是使主点火持续进行持续火花放电。因此，能够根据发动机的运转状态选择最优的点火技术方案。

此外，通过使第1及第2点火线圈3A、3B匹配于各自的功能而使规格不同，能够提高确保发火性、维持放电电流的稳定以及抑制火花塞的电极消耗的效果。

例如，第1点火线圈3A为了最初产生主点火而需要向火花塞的电极间施加大电压，所以优选使匝数比增大，第2点火线圈3B需要维持放电电流，所以优选使电感增大。

因而，通过根据这些要求设定第1及第2点火线圈3A、3B的规格，能够提高确保发火性、维持放电电流的稳定以及抑制火花塞2的电极消耗的效果。

此外，1次线圈5B的第2端经由作为续流二极管动作的第4二极管15被连接于地电位，能量投入线路γ被连接于1次线圈5B与第4二极管15之间的连接点。即，在接地线路β中，在比与能量投入线路γ的连接点更靠地电位侧，设有作为续流二极管进行动作的第4二极管15。

由此，在将第2开关部10从接通切换为断开时能够缓和在1次线圈5B中产生的电动势。即，在第2开关部10断开时能够使在1次线圈5B中产生的电动势从1次线圈5B起在车载电池17、地电位、续流二极管15、1次线圈5B的路径中续流。因此，能够避免2次电流的瞬断而使持续火花放电稳定地持续。

〔实施例2〕

参照图3、图4(a)及图4(b)，以与实施例1不同的点为中心说明实施例2。另外，在实施例2中，与上述实施例1相同的标号表示相同的功能物。

实施例2的点火装置1具备以下说明的反偏磁极性的第1及第2磁铁26A、26B。首先，第1磁铁26A设于使通过向1次线圈5A的通电而产生的磁通穿过的铁芯27A，使铁芯27A反偏磁。此外，第2磁铁26B与第1磁铁26A分体地设置，并且设于使通过向1次线圈5B的通电而产生的磁通穿过的铁芯27B，使铁芯27B反偏磁。

即，当产生主点火时，铁芯27A通过第1磁铁26A而反偏磁，达到磁饱和点Bs的磁通密度B的变化幅度变大(参照图5的变化幅度ΔB0、ΔBa)，因此能够增加在1次线圈5A中储存的能量。此外，当使持续火花放电持续时，铁芯27B通过第2磁铁26B而反偏磁，达到磁饱和点Bs的磁通密度B的变化幅度变大(参照图5的变化幅度ΔB0、ΔBb)，因此能够增加在1次线圈5B中储存的能量。

由此，关于第1磁铁26A，能够在将主点火强化的方向上、且以将主点火强化的强度设置，关于第2磁铁26B，能够以与主点火相同的极性在将持续火花放电强化的方向上、且以将持续火花放电强化的强度设置。结果，能够将第1及第2点火线圈3A、3B的性能分别用第1及第2磁铁26A、26B独立地提高。

例如，在没有将铁芯27A用第1磁铁26A反偏磁的情况下能够在1次线圈5A中储存的能量、以及在没有将铁芯27B用第2磁铁26B反偏磁的情况下能够在1次线圈5B中储存的能量相当于在图5中由纵轴、磁化曲线Mc及B＝磁饱和点Bs的横线这3个包围的区域α的面积。

相对于此，由于主点火及持续火花放电的强化，考虑在铁芯27A、27B的各自中设置第1及第2磁铁26A、26B的情况。这里，由于与持续火花放电的持续相比主点火的发生需要更大的能量，所以使第1磁铁26A的磁化力Hca比第2磁铁26B的磁化力Hcb大。

由此，在将铁芯27A用第1磁铁26A反偏磁的情况下，能够在1次线圈5A中储存的能量相当于在图5中由H＝－Hca的纵线、磁化曲线Mc及B＝磁饱和点Bs的横线这3个包围的区域β的面积。此外，在将铁芯27B用第2磁铁26B反偏磁的情况下，能够在1次线圈5B中储存的能量相当于在图5中用H＝－Hcb的纵线、磁化曲线Mc及B＝磁饱和点Bs的横线这3个包围的区域γ的面积。

通过以上，能够将在1次线圈5A、5B中储存的能量分别用第1及第2磁铁26A、26B提高，进而，能够使在1次线圈5A中储存的能量比在1次线圈5B中储存的能量大。

〔实施例3〕

参照图6，以与实施例1不同的点为中心说明实施例3。另外，在实施例3中，与上述实施例1相同的标号表示相同的功能物。

根据实施例3的点火装置1，如图6所示，1次线圈5B的第1端连接在地电位上。

由此，关于伴随着第2开关部10的通断的电动势的续流路径，能够将从1次线圈5B朝向的目标的电位比实施例1降低。因此，能够降低升压电路9的升压幅度，所以能够对用于升压电路9的各种元件(电容器18、升压用开关部20及二极管22等)、以及用于能量投入线路γ的第2开关部10采用耐压低的元件。结果，能够实现点火装置1的成本降低及体积减小、以及升压电路9中的电能的储存效率的提高。

〔变形例〕

在上述实施例中，将第1及第2磁铁26A、26B设于各个铁芯27A、27B而使主点火、持续火花放电的两者强化，但例如也可以通过限制向1次线圈5B的通电量以使铁芯27B不磁饱和，从而省略第2磁铁26B的设置而使成本降低。

在上述实施例中，表示了在汽油发动机中使用本发明的点火装置1的例子，但由于通过持续火花放电能够实现燃料(具体而言是混合气)的发火性的提高，所以也可以应用到使用乙醇燃料或混合燃料的发动机中。此外，即使用在有可能使用劣质燃料的发动机中也能够通过持续火花放电实现发火性的提高。

在上述实施例中，表示了将本发明的点火装置1用在能够稀薄燃烧(贫燃)运转的发动机中的例子，但即使是与稀薄燃烧不同的燃烧状态也能够通过持续火花放电实现发火性的提高，所以并不限定于向能够稀薄燃烧的发动机的应用，也可以在不进行稀薄燃烧的发动机中使用。

在上述实施例中，表示了在向燃烧室直接喷射燃料的直喷式发动机中使用本发明的点火装置1的例子，但也可以用在向吸气阀的吸气上游侧(吸气端口内)喷射燃料的端口喷射式的发动机中。

在上述实施例中，公开了在使汽缸内积极地产生混合气的旋绕流(滚流或旋流等)的发动机中使用本发明的点火装置1的例子，但也可以用在不具有旋绕流控制机构(滚流控制阀或旋流控制阀等)的发动机中。

在上述实施例中，将本发明应用到DI型的点火装置1中，但也可以将本发明应用到将2次电压向各火花塞2分配供给的分配器(distributor)型、或不需要2次电压的分配的单汽缸发动机(例如自动二轮车等)的点火装置1中。

标号说明

1 点火装置

2 火花塞

3A、3B 第1及第2点火线圈

5A、5B 1次线圈

8 第1开关部

9 升压电路

10 第2开关部

17 车载电池