CN106170623B - 内燃机用点火装置 - Google Patents

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Abstract

点火装置具备吹灭判定部，该吹灭判定部将从主点火电路的火花放电开始起的规定期间ΔT作为判定期间，在判定期间内2次电流低于规定阈值Ia的情况下，判定为发生了吹灭。然后，如果判定为在主点火(全晶体管点火中)发生了吹灭，则在下一循环中在主点火之后实施持续火花放电。此外，将这时的2次电流指令值I2a设为将吹灭判定所使用的规定阈值Ia与规定的电流值α相加而得到的电流值。因此，在下一循环中能够可靠地防止吹灭，所以能够可靠地防止缺火。

Description

内燃机用点火装置
技术领域
本发明涉及内燃机(发动机)所使用的点火装置，尤其涉及火花放电的持续技术。
背景技术
为了减轻火花塞反复吹灭并再放电所带来的负担，抑制多余的耗电而持续进行火花放电，本申请人提出了能量投入电路(非公知技术)。该能量投入电路在通过周知的点火电路而开始最初的火花放电(称作主点火)之后，在主点火吹灭之前，从1次线圈的低电压侧朝向电池电压供给线投入电能，在2次线圈中持续流动同一方向的电流(直流的2次电流)，使由于主点火而产生的火花放电持续任意的期间(以下称作放电持续期间)。另外，以下将通过能量投入电路而持续的火花放电(接着主点火之后的火花放电)称作持续火花放电。
能量投入电路通过控制放电持续期间中的1次电流(投入能量)，控制2次电流而维持火花放电。通过控制持续火花放电中的2次电流，能够防止火花塞的吹灭，减轻电极消耗的负担，并且抑制多余的耗电，持续进行火花放电。
此外，在接着主点火之后的持续火花放电中，由于向同一方向流动2次电流，所以在接着主点火之后的持续火花放电中，火花放电不易中断。因此，通过采用基于能量投入的持续火花放电，即使在稀薄燃烧且气缸内产生涡流的运转状态下，也能够避免火花放电的吹灭。
接下来，为了容易理解本发明，基于图5～7说明未应用本发明的能量投入电路的代表例(如上述那样，并不是公知技术)。另外，图5所使用的符号，对于与后述的实施方式同样的功能物附加了同一符号。
图5所示的点火装置具备：主点火电路3，通过全晶体管动作(点火用开关单元13的ON-OFF动作)而使火花塞1产生主点火；以及能量投入电路4，进行接着主点火之后的持续火花放电。
能量投入电路4具备：升压电路18，将车载电池11(直流电源)的电压升压；能量投入用开关单元27，用于控制向1次线圈7的低电压侧投入的电能；以及能量投入用驱动电路28，控制能量投入用开关单元27的ON-OFF动作。
图6是用于说明产生主点火时的点火装置的动作的时序图。
主点火电路3基于从ECU5(发动机控制单元的简称)供给的点火信号IGT而工作，通过将点火信号IGT从低切换到高，点火线圈2的1次线圈7被通电。然后，点火信号IGT从高切换到低而1次线圈7的通电被切断时，点火线圈2的2次线圈8产生高电压，在火花塞中开始主点火。
在火花塞1中开始主点火之后，2次电流以大致锯齿波形状衰减(参照图6)。另外，在2次电流的时序图中，越靠近“－侧”(图示下方)则电流值越大。
图7是用于说明在主点火后实施持续火花放电时的点火装置的动作的时序图。
能量投入电路4基于从ECU5供给的放电持续信号IGW和表示2次电流指令值I2a的2次电流指令信号IGA而工作。
主点火后，在2次电流下降到“规定的下限电流值(用于维持火花放电的电流值)”之前，为了向2次线圈8投入能量而维持火花放电，ECU5向能量投入电路4输出放电持续信号IGW及2次电流指令信号IGA。
通过将放电持续信号IGW从低切换到高，开始从1次线圈7的低电压侧向“+侧”投入电能。具体地说，在IGW为高的期间中，通过对能量投入用开关单元27进行ON-OFF控制，2次电流维持为2次电流指令值I2a(参照图7)。
(问题点)
通过采用基于能量投入的持续火花放电，即使在稀薄燃烧且气缸内产生涡流的运转状态下，火花放电也不易发生吹灭。
在能够基于能量投入来进行持续火花放电的点火装置中，在相对难以产生吹灭的运转状态下，有时仅实施主点火。即，有时将根据发动机转速和发动机负荷等设定的规定的运转状态作为主点火区域而仅实施主点火。但是，即使是作为不易发生吹灭的运转状态设定的区域，由于发动机的差异或气缸间的偏差或经年老化，在主点火中也可能发生吹灭。
于是，在能够基于能量投入来进行持续火花放电的点火装置中，也需要设置在主点火区域判定吹灭而防止缺火的机构。
另外，专利文献1公开了如下的技术：作为点火装置中避免吹灭的技术，在放电时间无法确保规定时间以上的情况下，从稀薄运转切换到理想配比运转。但是，在理想配比运转中，有时也由于发动机的差异或气缸间的偏差或经年老化而无法确保放电时间，所以即使切换到理想配比运转，也可能发生吹灭而导致缺火。
此外，专利文献2记载了检测吹灭的技术。但是，在专利文献2的技术中，是在检测到吹灭之后禁止放电，所以存在发生缺火的可能性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4938404号公报
专利文献2：日本特开2013-100811号公报
发明内容
发明所解决的技术课题
本发明是鉴于上述问题点而做出的，其目的在于，在能够基于能量投入进行持续火花放电的内燃机用点火装置中，检测主点火区域的吹灭而可靠地防止缺火。
解决课题所采用的技术手段
本发明的内燃机用点火装置，具备以下说明的主点火电路、能量投入电路及吹灭判定部。
主点火电路是进行点火线圈的1次线圈的通电控制而使火花塞产生火花放电的电路。
能量投入电路是如下那样的电路：在通过该主点火电路的工作而开始的火花放电中，向1次线圈投入电能，使点火线圈的2次线圈中流动同一方向的2次电流，并且将2次电流维持为2次电流指令值，使通过主点火电路的工作而开始的火花放电持续。
吹灭判定部将从主点火电路的火花放电开始到经过规定时间ΔT为止的期间作为判定期间，在判定期间内2次电流低于规定阈值Ia的情况下，判定为发生了吹灭。
并且，在本发明的内燃机用点火装置中，在主点火中判定为发生了所述吹灭的情况下，在下一循环中实施持续火花放电。
根据本发明，如果判定为主点火(例如全晶体管点火中)发生了吹灭，则在下一循环中在主点火之后实施持续火花放电。并且，将这时的2次电流指令值设定为相对于吹灭判定所使用的阈值的电流值来说具有富余量(+α)的电流值。
因此，能够在下一循环中可靠地防止吹灭，所以能够可靠地防止缺火。
附图说明
图1是内燃机用点火装置的概略构成图(实施方式1)。
图2是用于说明内燃机用点火装置的动作及吹灭判定的时序图(实施方式1)。
图3是表示发动机转速和判定期间的关系的相关图(实施方式1)。
图4是用于说明内燃机用点火装置的动作及吹灭判定的时序图(实施方式2)。
图5是内燃机用点火装置的概略构成图(讨论例：非公知技术)。
图6是用于说明内燃机用点火装置的动作的时序图(讨论例：非公知技术)。
图7是用于说明内燃机用点火装置的动作的时序图(讨论例：非公知技术)。
具体实施方式
以下一边参照附图一边说明本发明的实施方式。
另外，以下的各实施方式只是示出了具体的一例，本发明当然不限于以下的实施方式。
[实施方式1]
参照图1～图3说明实施方式1。
该实施方式1中的点火装置，搭载于车辆行驶用的火花点火发动机，在规定的点火定时(点火时期)对燃烧室内的混合气实施点火。另外，发动机的一例是以汽油作为燃料的可进行稀薄燃烧的直喷式发动机，具备使气缸内产生混合气的涡流(滚流或旋流等)的涡流控制机构。
该实施方式1中的点火装置，是使用与各气缸的每个火花塞1对应的点火线圈2的DI(直接点火)型。
点火装置具备：火花塞1、点火线圈2、主点火电路3、能量投入电路4、以及ECU5。
主点火电路3及能量投入电路4基于从ECU5发来的指示信号，对点火线圈2的1次线圈7进行通电控制，通过对1次线圈7进行通电控制，控制点火线圈2的2次线圈8中产生的电能，从而控制火花塞1的火花放电。
另外，ECU5产生与从各种传感器取得的发动机参数(暖机状态、发动机旋转速度、发动机负荷等)和发动机的控制状态(稀薄燃烧的有无、涡流的程度等)相应的点火信号IGT、放电持续信号IGW、2次电流指令信号IGA并输出。
即，ECU5具有：主点火指令部(未图示)，生成点火信号IGT并发送给主点火电路3；以及能量投入指令部5a，生成放电持续信号IGW及2次电流指令信号IGA，并发送给能量投入电路4。
火花塞1是周知的，具备经由输出端子与点火线圈2的2次线圈8的一端连接的中心电极、以及经由发动机的气缸盖等而接地的外侧电极，通过2次线圈8中产生的电能，在中心电极和外侧电极之间产生火花放电。火花塞1搭载于每个气缸。
点火线圈2具备1次线圈7和绕数比该1次线圈7更多的2次线圈8。
1次线圈7的一端与点火线圈2的+端子连接，该+端子与电池电压供给线10(从车载电池11的+电极接受供电的电线)连接。
1次线圈7的另一端与点火线圈2的接地侧端子连接，该接地侧端子经由主点火电路3的点火用开关单元13(功率晶体管、MOS型晶体管等)而接地。
2次线圈8的一端如上述那样与输出端子连接，该输出端子与火花塞1的中心电极连接。
2次线圈8的另一端经由第1二极管15和电流检测电阻16而接地，该第1二极管15将2次线圈8中的电流流动方向限定为一个方向。另外，电流检测电阻16作为用于检测2次电流的检测单元起作用。
在本实施方式中，电流检测电阻16经由检测线17与ECU5连接，ECU5被输入2次电流的检测值。
主点火电路3是进行点火线圈2的1次线圈7的通电控制而使火花塞1产生火花放电的电路。
主点火电路3在被供给点火信号IGT的期间，向1次线圈7施加车载电池11的电压(电池电压)。具体地说，主点火电路3具备使1次线圈7的通电状态断续的点火用开关单元13(功率晶体管等)，被供给点火信号IGT时，使点火用开关单元13接通而向1次线圈7施加电池电压。
在此，点火信号IGT是在主点火电路3中指示使1次线圈7蓄积磁能的期间(能量蓄積时间)和放电开始定时的信号。
能量投入电路4是如下那样的电路：在通过主点火电路3的动作而开始的火花放电中，向1次线圈7投入电能而在2次线圈8中流动同一方向的2次电流，使通过主点火电路3的工作而开始的火花放电持续。
能量投入电路4具备以下的升压电路18和投入能量控制单元19。
升压电路18在从ECU5接收到点火信号IGT的期间，将车载电池11的电压升压并蓄积到电容器20。
投入能量控制单元19将电容器20中蓄积的电能投入到1次线圈7的“－侧”(接地侧)。
升压电路18除了电容器20以外，还具备扼流线圈21、升压用开关单元22、升压用驱动电路23及第2二极管24。另外，升压用开关单元22例如是MOS型晶体管。
在此，扼流线圈21的一端与车载电池11的+电极连接，通过升压用开关单元22，扼流线圈21的通电状态断续。此外，升压用驱动电路23向升压用开关单元22供给控制信号而使升压用开关单元22接通断开，通过升压用开关单元22的接通断开动作，扼流线圈21所蓄积的磁能作为电能被充电到电容器20中。
另外，升压用驱动电路23被设定为，在来自ECU5的点火信号IGT成为“开”的期间，使升压用开关单元22以规定周期反复接通断开。此外，第2二极管24防止电容器20中蓄积的电能回流到扼流线圈21侧。
投入能量控制单元19具备下面的能量投入用开关单元27、能量投入用驱动电路28及第3二极管29。另外，能量投入用开关单元27例如是MOS型晶体管。
在此，能量投入用开关单元27控制是否将电容器20蓄积的电能从“－侧”(低压侧)投入到1次线圈7，能量投入用驱动电路28向能量投入用开关单元27供给控制信号而使其接通断开。
并且，能量投入用驱动电路28通过使能量投入用开关单元27接通断开而控制从从电容器20向1次线圈7投入的电能，在被供给放电持续信号IGW的期间，将2次电流维持为2次电流指令值I2a。
在此，放电持续信号IGW是指示能量投入定时和使持续火花放电持续的期间的信号，更具体地说，是指示使能量投入用开关单元27反复接通断开而从升压电路18向1次线圈7投入电能的期间(能量投入时间)的信号。
另外，第3二极管29阻止电流从1次线圈7向电容器20回流。
能量投入用驱动电路28的具体的一例是，通过开放控制(前馈控制)对能量投入用开关单元27进行接通断开控制，以将2次电流维持为2次电流指令值I2a。
或者，也可以对能量投入用开关单元27的接通断开状态进行反馈控制，以将使用电流检测电阻16检测的2次电流的检测值维持为2次电流指令值I2a。这种情况下，设置反馈电路，该反馈电路与检测线17连接而被输入2次电流的检测值，基于2次电流的检测值和2次电流指令值I2a，生成控制能量投入用开关单元27的反馈值并输出。
此外，2次电流指令值I2a在ECU5内设定，作为2次电流指令信号IGA发送给能量投入用驱动电路28。
(实施方式1的特征)
点火装置具备吹灭判定部5b，该吹灭判定部5b将从主点火电路3的火花放电开始起的规定期间ΔT作为判定期间，在判定期间内2次电流低于规定阈值Ia的情况下，判定为发生了吹灭。吹灭判定部5b设置在ECU5内。
此外，能量投入指令部5a基于吹灭判定部5b的判定结果，生成放电持续信号IGW及2次电流指令信号IGA，并发送给能量投入电路4。
具体地说，判定为在主点火中发生了吹灭的情况下，生成放电持续信号IGW，以在下一循环(下次点火时)中实施持续火花放电，并且将规定阈值Ia与规定的电流值α相加而得到的电流值设定为下一循环中的持续火花放电中的2次电流指令值I2a。
使用图2，更详细地说明点火装置的动作及吹灭判定。另外，在2次电流的时序图中，越靠近“－侧”则电流值越大。
在本实施方式中，例如在规定的运转状态下，最初的点火信号IGT之后的放电持续信号IGW设为低输出，以仅实施主点火而不实施持续火花放电。
吹灭判定部5b被输入使用电流检测电阻16检测的2次电流的检测值。并且，从主点火电路3的火花放电开始(即点火信号IGT的下降沿)起经过规定期间ΔT(以下称作判定期间ΔT)的期间，2次电流的检测值低于规定阈值Ia的情况下，判定为吹灭发生。另外，在主点火中，在2次电流衰减中未发生吹灭的情况下，如图6所示，2次电流以几乎直线状衰减。
判定期间ΔT设定为发动机转速越大则越短，例如基于图3所示的映射图来设定。
并且，能量投入指令部5a在判定为在主点火中发生了吹灭的情况下，在下一循环中的点火信号之后将放电持续信号IGW设为高输出，指示实施持续火花放电。
此外，将规定阈值Ia与规定的电流值α相加而得到的电流值设定为下一循环中的持续火花放电中的2次电流指令值I2a，生成2次电流指令信号IGA并发送给能量投入电路4。另外，发动机转速越高则电流值α越大。
(实施方式1的效果)
实施方式1的点火装置具备吹灭判定部5b，该吹灭判定部5b将从主点火电路3的火花放电开始起的规定期间ΔT作为判定期间，在判定期间内2次电流低于规定阈值Ia的情况下，判定为吹灭发生。并且，如果判定为主点火(全晶体管点火中)发生了吹灭，则在下一循环中在主点火之后实施持续火花放电。此外，将这时的2次电流指令值设为吹灭判定所使用的规定阈值Ia与规定的电流值α相加而得到的电流值。
因此，在下一循环中能够可靠地防止吹灭，所以能够可靠地防止缺火。
此外，由于发动机的差异或气缸间的偏差或经年老化等，在主点火区域也可能会发生吹灭，所以可以检测该主点火区域的吹灭而自动地采用持续火花放电，能够将各个发动机保持在最佳的状态。
另外，主点火区域指的是，仅实施主点火也不易发生吹灭、作为仅实施主点火的区域而根据发动机转速和发动机负荷等设定的规定的运转状态区域。
此外，发动机转速越高，则电流值α越大。
发动机转速较低的情况下，火花塞1周围的气流的流速慢，所以即使电流值α很小，也能够充分地防止下一循环中的吹灭。但是，如果发动机转速高，则火花塞1周围的气流的流速快，所以为了可靠地防止吹灭，需要增大电流值α。
因此，通过设为发动机转速越高则电流值α越大，能够在高转速域可靠地防止吹灭，并且在低转速域抑制多余的能量消耗。
[实施方式2]
参照图4说明实施方式2。另外，在实施方式2中，与上述实施方式1相同的符号表示同一功能物。
在本实施方式的点火装置中，能量投入指令部5a在判定为在持续火花放电中发生吹灭的情况下，生成放电持续信号IGW以在下一循环中实施持续火花放电，并且将规定阈值Ia与规定的电流值α′相加而得到的电流值设定为下一循环中的持续火花放电中的2次电流指令值。
即，如果在通过主点火的吹灭判定已经采用了持续火花放电的循环时又判定为吹灭发生，则在下一循环中也实施持续火花放电。并且，将这时的2次电流指令值I2a设为将吹灭判定所使用的规定阈值Ia与规定的电流值α′相加而得到的电流值。
另外，也可以如图4所示，将下一循环中的2次电流指令值设为I2a1、将判定为吹灭发生的循环中的2次电流指令值设为I2a0时，将2次电流指令值I2a1设为2次电流指令值I2a0与电流值β相加而得到的电流值。电流值β是满足Ia+α′＝I2a0+β的值。
此外，也可以将下一循环中的2次电流指令值I2a1设为预先设定的设定值。即，判定为吹灭发生的情况下，作为设定值而预先保持较大的电流值，以作为2次电流指令值采用。
在本实施方式中，在下一循环中能够可靠地防止吹灭，所以能够可靠地防止缺火。
工业实用性
在上述的实施方式中，示出了在汽油发动机中使用本发明的点火装置的例子，但由于能够通过持续火花放电来提高燃料(具体地说是混合气)的点火性，所以也可以应用到使用乙醇燃料或混合燃料的发动机。当然，应用到可能使用劣质燃料的发动机，也能够通过持续火花放电来提高点火性。
在上述的实施方式中，例示了将本发明的点火装置应用到能够进行稀薄燃烧运转的发动机的例子，但是在与稀薄燃烧不同的燃烧状态下，也能够通过持续火花放电来提高点火性，所以不限于应用到稀薄燃烧发动机，也可以应用到不进行稀薄燃烧的发动机。
在上述的实施方式中，例示了将本发明的点火装置应用到向燃烧室直接喷射燃料的直喷式发动机的例子，但是也可以应用到向吸气阀的吸气上游侧(吸气口内)喷射燃料的端口喷射式的发动机。
在上述的实施方式中，例示了将本发明的点火装置应用到在气缸内积极地产生混合气的涡流(滚流或旋流等)的发动机的例子，但是也可以应用到不具有涡流控制机构(滚流控制阀或旋流控制阀等)的发动机。
在上述的实施方式中，将本发明应用到了DI型的点火装置，但是也可以将本发明应用到将2次电压分配供给至各火花塞1的分配式、或者不需要2次电压的分配的单气缸发动机(例如摩托车等)的点火装置。

Claims (4)

1.一种内燃机用点火装置，其特征在于，具备：
主点火电路(3)，进行点火线圈(2)的1次线圈(7)的通电控制，使火花塞(1)产生火花放电；
能量投入电路(4)，在通过所述主点火电路(3)的动作而开始的火花放电中，向所述1次线圈(7)投入电能而使所述点火线圈(2)的2次线圈(8)中流动同一方向的2次电流，并且将所述2次电流维持为2次电流指令值，使通过所述主点火电路(3)的动作而开始的火花放电持续；和
吹灭判定部(5b)，将从基于所述主点火电路(3)的火花放电开始起的规定期间ΔT作为判定期间，在所述判定期间内所述2次电流低于规定阈值Ia的情况下，判定为发生了吹灭，
基于所述吹灭判定部(5b)的判定结果，判定为在基于所述主点火电路(3)的火花放电中发生了所述吹灭的情况下，在下一循环中通过所述能量投入电路(4)向所述1次线圈(7)投入电能。
2.如权利要求1所述的内燃机用点火装置，其特征在于，
判定为在基于所述主点火电路(3)的火花放电中发生了所述吹灭时的、所述下一循环中的所述能量投入电路(4)的能量投入中的所述2次电流指令值，是对所述规定阈值Ia加上规定的电流值而得到的电流值。
3.如权利要求1或2所述的内燃机用点火装置，其特征在于，
在判定为在基于所述主点火电路(3)的火花放电中发生了所述吹灭之后的循环中，在通过所述能量投入电路(4)投入能量而使火花放电持续的持续火花放电中判定为发生了吹灭的情况下，
在下一循环中也实施所述能量投入电路(4)的能量投入，并且将这时的所述2次电流指令值设为对所述规定阈值Ia加上规定的电流值而得到的电流值。
4.如权利要求2所述的内燃机用点火装置，其特征在于，
发动机转速越高，则所述规定的电流值越大。
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