DE102013218922A1

DE102013218922A1 - detonator

Info

Publication number: DE102013218922A1
Application number: DE201310218922
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Tanaya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2014-10-23
Also published as: JP2014211148A

Abstract

Eine Zündvorrichtung weist auf: eine Zündkerze, welche Funkenentladung über einen Spalt zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode verursacht, zum Zünden einer brennbaren Kraftstoff/Luftmischung in einer Brennkammer; eine Einheit zur Erzeugung eines Funkenentladungspfades, welche eine vorbestimmte Hochspannung auf die erste Elektrode anwendet und einen Funkentladungspfad über den Spalt erzeugt; eine Stromversorgungseinheit, welche dem Stromentladungspfad einen Strom bereitstellt; und eine Betriebstiming-Befehlseinheit, welche Befehle bezüglich Betriebstiming von der Stromversorgungseinheit gibt; wobei die Betriebstiming-Befehlseinheit Befehle so gibt, dass der Strom bereitgestellt wird dem Spalt von der Stromversorgungseinheit für zumindest zwei getrennte Perioden während eines Verbrennungstakts.An ignition device comprises: a spark plug, which causes spark discharge through a gap between a first electrode and a second electrode, for igniting a combustible fuel-air mixture in a combustion chamber; a spark discharge path generating unit which applies a predetermined high voltage to the first electrode and generates a spark discharge path across the gap; a power supply unit that supplies a current to the current discharge path; and an operation timing command unit that gives commands on operation timing from the power supply unit; wherein the operational timing command unit commands that the power is provided to the gap from the power supply unit for at least two separate periods during a combustion cycle.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, die im Wesentlichen zum Betreiben von Verbrennungsmotoren verwendet wird, insbesondere eine Zündvorrichtung für einen Funkenzündungs-Verbrennungsmotor, welche Funkenentladung an der Zündkerze bei einer Hochspannung verursacht, die erzeugt wird durch eine Zündspuleneinheit, und es zusätzlich verursacht, dass ein Strom in den Funkenentladungspfad fließt, dabei Entladungsplasma über den Kerzenspalt (Englisch: plug gap) hinweg erzeugend.The present invention relates to an ignition apparatus which is mainly used for operating internal combustion engines, in particular an ignition device for a spark ignition internal combustion engine, which causes spark discharge at the spark plug at a high voltage, which is generated by an ignition coil unit, and in addition causes that Current flows into the spark discharge path, thereby generating discharge plasma across the plug gap.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the Related Art

In den letzten Jahren wurden Probleme bezüglich Umweltschutz und Kraftstoffaufbrauch thematisiert; selbst in der Autoindustrie ist es eine dringende Angelegenheit geworden, wie mit diesen Problemen umzugehen ist. Als Beispiel vom Umgehen mit dem Obigen wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein Motor verkleinert wird durch Verwendung eines Laders (Englisch: supercharger) und dadurch im Gewicht reduziert, so dass Kraftstoffverbrauch drastisch verbessert werden wird.Issues relating to environmental protection and fuel consumption have been discussed in recent years; Even in the auto industry, dealing with these issues has become an urgent matter. As an example of dealing with the above, a method has been proposed in which an engine is downsized by using a supercharger and thereby reduced in weight, so that fuel consumption will be drastically improved.

Es ist bekannt, dass wenn ein Motor in einen sehr hoch aufgeladenen Zustand geht, der Druck in der Brennkammer von dem Motor extrem hoch wird, selbst in einem Zustand, bei welchem keine Verbrennung stattfindet, und dass in diesem Zustand das Auslösen einer Funkenentladung zum Starten der Verbrennung schwer wird. Einer von den Gründen dafür ist, dass die Spannung, die benötigt wird zum Verursachen von elektrischem Durchschlag zwischen der Hochspannungselektrode und Erdelektrode (Spalt) von einer Zündkerze so hoch wird, dass der dielektrische Durchschlagfestigkeitswert von dem Zündkerzenisolator überschritten wird.It is known that when an engine is in a very highly charged state, the pressure in the combustion chamber of the engine becomes extremely high even in a state where no combustion takes place, and in that state, the triggering of a spark discharge for starting burning becomes difficult. One of the reasons for this is that the voltage required to cause electrical breakdown between the high voltage electrode and ground electrode (gap) from a spark plug becomes so high that the dielectric breakdown strength value from the spark plug insulator is exceeded.

Um dieses Problem zu lösen ist es untersucht worden, wie die dielektrische Durchschlagsfestigkeit von dem Isolator erhöht werden kann; allerdings ist es in der Realität nicht leicht die dielektrische Durchschlagsfestigkeit hoch genug zu sichern, um die Erfordernisse zu erfüllen, was es unvermeidbar erforderlich macht, den Zündkerzenspalt zu schmälern.In order to solve this problem, it has been studied how the dielectric breakdown strength of the insulator can be increased; however, in reality, it is not easy to secure the dielectric strength high enough to meet the requirements, which inevitably requires to narrow the spark plug gap.

Allerdings wird, wenn der Spalt von der Zündkerze geschmälert wird, der Effekt des Extinktionsverhaltens (Englisch: extinction behavior) durch die Elektroden im Gegensatz größer werden und dabei ein Problem verursachen, dass sich Startfähigkeit und Verbrennungsverhalten von dem Verbrennungsmotor verschlechtern würden.However, as the gap is narrowed by the spark plug, the effect of the extinction behavior by the electrodes will, in contrast, increase and thereby cause a problem that startability and combustion performance of the engine would deteriorate.

Um dieses Problem zu lösen, ist es denkbar eine Maßnahme zu ergreifen das Extinktionsverhalten zu verhindern, um durch die Funkenentladung mehr Hitzeenergie bereitzustellen als die, die in die Elektroden absorbiert wird oder Verbrennung bei einem Ort zu verursachen, der von den Elektroden soweit wie möglich beabstandet ist. Als ein Beispiel dafür wurde eine Zündvorrichtung wie in Patentdokument 1 gezeigt vorgeschlagen.To solve this problem, it is conceivable to take measures to prevent the extinction behavior to provide more heat energy by the spark discharge than that absorbed into the electrodes or to cause combustion at a location as far as possible from the electrodes is. As an example, an ignition device as shown in Patent Document 1 has been proposed.

Die Zündvorrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, ist diese, bei welcher Funkenentladung verursacht wird durch eine konventionelle Zündspule über den Zündkerzenspalt und ein Hochfrequenzstrom wird in diesem Funkentladungspfad veranlasst zu fließen mittels einer Diode, wobei eine Hochenergiefunkenentladung verursacht werden kann und zusätzlich ein Entladungsplasma erzeugt werden kann, das sich über einen breiteren Bereich ausbreitet als die gewöhnliche Funkenentladung.
Patentdokument 1: japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2011-099410 The igniter disclosed in Patent Document 1 is that in which spark discharge is caused by a conventional ignition coil across the spark plug gap, and a radio frequency current in this radio discharge path is caused to flow by means of a diode, whereby a high energy spark discharge can be caused and additionally generates a discharge plasma which spreads over a wider range than the ordinary spark discharge.
Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-099410

Allerdings erlaubt die konventionelle Zündvorrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, dass sich das Entladungsplasma über einen breiteren Bereich ausbreitet durch Veranlassen eines großen Stromes in den Zündkerzenelektrodenspalt zu fließen; darum war es ein Problem, dass sich die Elektroden extrem schnell abnutzen.However, the conventional igniter disclosed in Patent Document 1 allows the discharge plasma to spread over a wider area by causing a large current to flow into the spark plug electrode gap; so it was a problem that the electrodes wear out extremely fast.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das Problem mit einer konventionellen Vorrichtung wie oben beschrieben zu lösen, und ist gerichtet auf die Bereitstellung einer Zündvorrichtung, bei welcher nicht nur eine Hochenergieentladung in effizienter Weise erreicht wird durch Verwendung einer einfachen Konfiguration, sondern ebenfalls ein großes Plasma erzeugt wird während Beständigkeit von den Elektroden erhalten wird und Startfähigkeit und Verbrennungsverhalten gesichert sind, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird.The present invention has been made to solve the problem with a conventional apparatus as described above, and is directed to the provision of an igniter in which not only a high energy discharge is efficiently achieved by using a simple configuration but also a large plasma While durability is obtained from the electrodes and startability and combustion behavior are ensured even when a spark plug with a narrow gap is used.

Eine Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Zündkerze, die eine erste Elektrode hat und eine zweite Elektrode gegenüberliegend einander über einen Spalt und die eine Funkenentladung über den Spalt verursacht, um eine brennbare Kraftstoff/Luftmischung in einer Brennkammer von einem Verbrennungsmotor zu zünden; eine Einheit zur Erzeugung eines Funkenentladungspfades, welche eine vorbestimmte Hochspannung erzeugt, die erzeugte Hochspannung an die erste Elektrode anwendet und über den Spalt einen Pfad für die Funkenentladung erzeugt; eine Stromversorgungseinheit, welche einen Strom dem Funkentladungspfad bereitstellt, der über den Spalt erzeugt ist; und eine Betriebstiming-Befehlseinheit, welche Befehle bezüglich Betriebstiming von der Stromversorgungseinheit ausgibt; wobei die Betriebstiming-Befehlseinheit Befehle in solch einer Weise ausgibt, dass der Strom dem Spalt von der Stromversorgungseinheit für zumindest zwei getrennte Perioden während eines Verbrennungstakts (Englisch: combustion stroke) bereitgestellt wird.An ignition device according to the present invention comprises: a spark plug having a first electrode and a second electrode opposing each other across a gap and causing a spark discharge across the gap to ignite a combustible fuel / air mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine; a spark discharge path generation unit that generates a predetermined high voltage, applies the generated high voltage to the first electrode, and generates a spark discharge path through the gap; a power supply unit that provides a current to the spark discharge path generated across the gap; and an operation timing command unit, which Issue commands regarding operation timing from the power supply unit; wherein the operation timing command unit issues commands in such a manner that the current is provided to the gap from the power supply unit for at least two separate periods during a combustion stroke.

Gemäß einer Zündvorrichtung von der vorliegenden Erfindung kann nicht nur eine Hochenergieentladung in effizienter Weise erreicht werden durch Verwendung einer einfachen Konfiguration, sondern ebenfalls kann Abnutzung von den Elektroden von der Zündkerze unterdrückt werden, so dass eine Zündvorrichtung bereitgestellt werden kann, bei welcher Startfähigkeit und Verbrennungsverhalten von einem Verbrennungsmotor gesichert sind, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird.According to an igniter of the present invention, not only can a high energy discharge be efficiently achieved by using a simple configuration, but also wear of the electrodes from the spark plug can be suppressed, so that an igniter can be provided in which starting ability and combustion behavior of an internal combustion engine are secured, even if a spark plug is used with a narrow gap.

Im Ergebnis kann der Motor im Gewicht reduziert werden durch sehr hoch aufgeladenes Verkleinern (Englisch: highly supercharged downsizing), thermische Effizienz von dem Motor kann erhöht werden durch Erhöhung seines Kompressionsverhältnisses, usw.; somit kann Kraftstoff, der beim Betrieb des Verbrennungsmotors verbraucht wird, drastisch vermindert werden, dabei CO₂-Emissionen in hohem Masse reduzierend, was in der Lage sein wird, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.As a result, the engine can be reduced in weight by highly supercharged downsizing, thermal efficiency of the engine can be increased by increasing its compression ratio, etc .; thus, fuel consumed in the operation of the internal combustion engine can be drastically reduced, thereby greatly reducing CO ₂ emissions, which will be able to contribute to environmental protection.

Das Obige und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile von der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung von der vorliegenden Erfindung offenbart werden, wenn im Zusammenhang mit den begleitenden Figuren genommen.The above and other objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG VON DEN FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 ist eine Konfigurationsansicht von einer Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 von der vorliegenden Erfindung; und 1 FIG. 14 is a configuration view of an ignition device according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. and

2 ist ein Timingdiagramm für die Zündvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 von der Erfindung. 2 FIG. 10 is a timing chart for the ignition device according to Embodiment 1 of the invention. FIG.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON DEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Ausführungsform 1.Embodiment 1.

Eine Zündvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verursacht Funkenentladung über den Hauptkerzenspalt (Englisch: main plug gap) von einer Zündkerze durch eine Hochspannung erzeugt durch eine Zündspuleneinheit, und zusätzlich veranlasst sie einen großen Strom in den Funkenentladungspfad zu fließen, dabei ein großes Entladungsplasma über den Hauptkerzenspalt erzeugend. Hiernach wird die Ausführungsform 1 von der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 und 2 erklärt werden.An ignition device according to the present invention causes spark discharge via the main plug gap from a spark plug by a high voltage generated by an ignition coil unit, and in addition, causes a large current to flow in the spark discharge path, thereby generating a large discharge plasma over the main spark gap , Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG 1 and 2 be explained.

1 ist eine Konfigurationsansicht von der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 15 is a configuration view of the ignition device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.

In 1 weist die Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auf: eine Zündkerze 101; eine Zündspuleneinheit 102, welche eine Einheit zur Erzeugung eines Funkenentladungspfades ist, welche eine vorbestimmte Hochspannung an die Zündkerze 101 anwendet, um einen Funkenentladungspfad zu erzeugen; eine Hochfrequenzenergieversorgung 103, welche eine Stromversorgungseinheit ist, welche einen AC Strom liefert, um ein großes Entladungsplasma in dem Funkenentladungspfad zu erzeugen; und eine Kontrolleinheit 104, welche eine Betriebstiming-Befehlseinheit ist, welche den Betrieb von der Hochfrequenzenergieversorgung 103 kontrolliert und welche Befehle bezüglich Timing des Lieferns des AC Stroms an den Funkenentladungspfad gibt. Zusätzlich kontrolliert die Kontrolleinheit 104 ebenfalls den Betrieb von der Zündspuleneinheit 102.In 1 The ignition device according to Embodiment 1 of the present invention comprises: a spark plug 101 ; an ignition coil unit 102 which is a unit for generating a spark discharge path which supplies a predetermined high voltage to the spark plug 101 applies to generate a spark discharge path; a high frequency power supply 103 which is a power supply unit that provides an AC current to generate a large discharge plasma in the spark discharge path; and a control unit 104 , which is an operation timing command unit which controls the operation of the high frequency power supply 103 controls and which commands regarding the timing of supplying the AC current to the spark discharge path. In addition, the control unit controls 104 also the operation of the ignition coil unit 102 ,

Die Zündkerze 101 beinhaltet eine Hochspannungselektrode 101a als eine erste Elektrode und eine äußeren Elektrode 101b als eine zweite Elektrode, gegenüberliegend der Hochspannungselektrode 101a über den Hauptkerzenspalt, welcher ein vorbestimmter Spalt ist.The spark plug 101 includes a high voltage electrode 101 as a first electrode and an outer electrode 101b as a second electrode, opposite the high voltage electrode 101 over the main plug gap, which is a predetermined gap.

Die Zündspuleneinheit 102 beinhaltet: eine Primärspule 111 und eine Sekundärspule 112 magnetisch gekoppelt miteinander über einen Kern 118; ein Schaltelement 114, welches die Aktivierung von der Primärspule 111 kontrolliert; eine Antriebseinheit 113, welche das Schaltelement 114 antreibt; und einen Widerstand 115, der kapazitives Stromsystemrauschen unterdrückt, welches erzeugt wird, wenn elektrischer Durchschlag (Englisch: dielectric breakdown) über den Hauptkerzenspalt von der Zündkerze 101 auftritt.The ignition coil unit 102 includes: a primary coil 111 and a secondary coil 112 magnetically coupled together via a core 118 ; a switching element 114 indicating the activation of the primary coil 111 controlled; a drive unit 113 which the switching element 114 drives; and a resistance 115 which suppresses capacitive current system noise generated when dielectric breakdown across the main spark gap from the spark plug 101 occurs.

Die Hochfrequenzenergieversorgung 103 weist auf: einen Schaltkreis 119, der einen AC Strom produziert; und einen Kondensator 116 und eine Induktivität 117, die einen Bandpassfilter bilden, welcher den AC Strom, der durch den Schaltkreis 119 produziert wurde an den Funkenentladungspfad liefert, der über den Hauptkerzenspalt erzeugt ist, und der die Hochspannung, in der Form von DC erzeugt durch die Sekundärspule 112 von der Zündspuleneinheit 102, davon abhält, auf den Schaltkreis 119 im Inneren der Hochfrequenzenergieversorgung 103 angewandt zu werden.The high frequency power supply 103 indicates: a circuit 119 producing an AC electricity; and a capacitor 116 and an inductance 117 , which form a bandpass filter, which measures the AC current flowing through the circuit 119 was produced to the spark discharge path, which is generated across the main spark gap, and the high voltage, in the form of DC generated by the secondary coil 112 from the ignition coil unit 102 , stops it, on the circuit 119 inside the high frequency power supply 103 to be applied.

Die Frequenz von dem Bandpassfilter wird einige 2 MHz gemacht, und der Induktivitätswert von der Induktivität 117 und die Kapazität des Kondensators 116 können ausgewählt werden, jeweils einige 50 μH und 100 pF zu sein. Wenn Teile mit diesen Werten kombiniert werden, kann die Hochfrequenzenergieversorgung eingerichtet werden, Elemente des allgemeinen Gebrauchs zu verwenden; darum kann eine kostengünstige und effiziente Energieversorgungseinheit realisiert werden. The frequency of the bandpass filter is made some 2 MHz, and the inductance value of the inductance 117 and the capacitance of the capacitor 116 can be selected to be a few 50 μH and 100 pF, respectively. When parts are combined with these values, the high frequency power supply can be set up to use elements of common usage; Therefore, a low-cost and efficient power supply unit can be realized.

Ein Ende von der sekundären Spule 112 ist mit der Hochspannungselektrode 101a von der Zündkerze 101 über den Widerstand 115 verbunden; ein Ende von dem Kondensator 116 ist direkt mit der Hochspannungselektrode 101a verbunden.One end of the secondary coil 112 is with the high voltage electrode 101 from the spark plug 101 about the resistance 115 connected; one end of the capacitor 116 is directly with the high voltage electrode 101 connected.

Der Widerstand 115 wird bereitgestellt, um Rauschen zu unterdrücken; er kann ausgelassen werden, wenn ein Rauscherzeugungsniveau niedrig genug ist, abhängig von der Motorstruktur und Verkabelungsbedingungen. In diesem Fall ist das eine Ende von der sekundären Spule 112 direkt verbunden mit der Hochspannungselektrode 101a von der Zündkerze 101 und das eine Ende von dem Kondensator 116 ist ebenfalls direkt verbunden mit der Hochspannungselektrode 101a.The resistance 115 is provided to suppress noise; it may be omitted if a noise generation level is low enough, depending on the engine structure and cabling conditions. In this case, this is one end of the secondary coil 112 directly connected to the high voltage electrode 101 from the spark plug 101 and one end of the capacitor 116 is also directly connected to the high voltage electrode 101 ,

Das Schaltelement 114 und die Antriebseinheit 113 können im Inneren der Zündspuleneinheit 102 angeordnet sein für den Zweck, Rauschen zu reduzieren und Effizienz zu erhöhen, oder sie können außerhalb der Zündspuleneinheit 102 angeordnet sein, zum Beispiel innerhalb der Kontrolleinheit 104 oder der Hochfrequenzenergieversorgung 103, für den Zweck, die Zündspuleneinheit in Größe und Gewicht zu reduzieren, mit dem Ziel, die Größe des Motors zu reduzieren, den Schwerpunkt davon tiefer zu legen, u.s.w..The switching element 114 and the drive unit 113 can inside the ignition coil unit 102 be arranged for the purpose of reducing noise and increasing efficiency, or they may be outside of the ignition coil unit 102 be arranged, for example, within the control unit 104 or the high frequency power supply 103 for the purpose of reducing the size and weight of the ignition coil unit, with the aim of reducing the size of the engine, lowering the center of gravity, etc.

Als nächstes wird der spezifische Betrieb von der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 von dieser Erfindung mit Bezug auf 2 erklärt werden.Next, the specific operation of the ignition device according to Embodiment 1 of this invention will be described with reference to FIG 2 be explained.

2 ist ein Timingdiagramm, das in einer Zeitserienart Signale bei verschiedenen Teilen von der Zündvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. 2 FIG. 10 is a timing chart showing signals in various parts of the ignition device according to Embodiment 1 in a time series manner. FIG.

Das Signal (A) in 2 ist ein Signal, das positiv in der Richtung, die durch den Pfeil von dem Pfad A in 1 gezeigt ist, ist und welches ein Spannungssignal ist, ausgegeben von der Kontrolleinheit 104 zum Antreiben der Zündspuleneinheit 102.The signal (A) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path A in 1 is shown, and which is a voltage signal output from the control unit 104 for driving the ignition coil unit 102 ,

Das Signal (B) in 2 ist ein Signal, das positiv in der Richtung ist, die angezeigt ist durch den Pfeil von dem Pfad B in 1, und welches ein Stromsignal ist, anzeigend einen Ausgabestrom von der Zündspuleneinheit 102.The signal (B) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path B in FIG 1 , and which is a current signal, indicating an output current from the ignition coil unit 102 ,

Das Signal (C) in 2 ist ein Signal, das positiv ist in der Richtung angezeigt durch den Pfeil von dem Pfad C in 1, und welches ein Spannungssignal ist, ausgegeben von der Kontrolleinheit 104 und welches Perioden zum Betreiben des Schaltkreises 119 in der Hochspannungsenergieversorgung 103 anzeigt.The signal (C) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path C in FIG 1 , and which is a voltage signal output from the control unit 104 and what periods to operate the circuit 119 in the high voltage power supply 103 displays.

Das Signal (DH) in 2 ist ein Signal, das positiv ist in der Richtung angezeigt durch den Pfeil von dem Pfad DH in 1, und welches ein Spannungssignal ist, zum Antreiben des Gates von dem HOCH-Seiten Schaltelement (Englisch: HIGH-side switching element) von dem Schaltkreis 119 gebildet durch eine Halbbrückenschaltung in der Hochfrequenzenergieversorgung 103.The signal (DH) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path DH in 1 , and which is a voltage signal, for driving the gate from the HIGH-side switching element of the circuit 119 formed by a half-bridge circuit in the high-frequency power supply 103 ,

Das Signal (DL) in 2 ist ein Signal, das positiv ist in der Richtung angezeigt durch den Pfeil von dem Pfad DL in 1, und welches ein Spannungssignal zum Antreiben des Gates von dem NIEDRIG-Seiten Schaltelement (Englisch: LOW-side switching element) von dem Schaltkreis 119 ist, gebildet von der Halbbrückenschaltung 119 gebildet von der Halbbrückenschaltung in der Hochfrequenzenergieversorgung 103.The signal (DL) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path DL in FIG 1 , and which includes a voltage signal for driving the gate from the LOW-side switching element (LOW-side switching element) of the circuit 119 is formed by the half-bridge circuit 119 formed by the half-bridge circuit in the high-frequency power supply 103 ,

Das Signal (E) in 2 ist ein Signal, das positiv ist in der Richtung angezeigt durch den Pfeil von dem Pfad E in 1, und welches ein Stromsignal ist anzeigend einen Ausgabestrom von der Hochfrequenzenergieversorgung 103.The signal (E) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path E in FIG 1 and, which is a current signal indicative of an output current from the high frequency power supply 103 ,

Das Signal (F) in 2 ist ein Signal das positiv ist in der Richtung angezeigt durch den Pfeil von dem Pfad F in 1, und welches ein Stromsignal ist anzeigend einen Entladungsstrom fließend durch den Funkenentladungspfad erzeugt über den Hauptkerzenspalt zwischen den Elektroden 101a und 101b von der Zündkerze 101.The signal (F) in 2 is a signal that is positive in the direction indicated by the arrow from the path F in 1 and which is a current signal indicative of a discharge current flowing through the spark discharge path generated across the main plug gap between the electrodes 101 and 101b from the spark plug 101 ,

Da das Signal (A) schon HOCH ist bei der Zeit T0 in 2, ist das Schaltelement 114 in der Zündspuleneinheit 102 in einem AN-Zustand und die Primärspule 111 ist in einem aktivierten Zustand, so dass magnetische Flussenergie in dem Kern 118 gespeichert ist.Since the signal (A) is already HIGH at the time T0 in 2 , is the switching element 114 in the ignition coil unit 102 in an ON state and the primary coil 111 is in an activated state, allowing magnetic flux energy in the core 118 is stored.

Wenn das Signal (A) bei einer Zeit T1 auf NIEDRIG geschaltet wird, wird der Strom durch die Primärspule 111 unterbrochen durch das Schaltelement 114 in der Zündspuleneinheit 102, die magnetische Flussenergie, die in dem Kern 118 gespeichert ist, wird freigegeben, eine Induktionsspannung wird erzeugt in der sekundären Spule 112, und dadurch beginnt der Induktionsstrom angezeigt durch das Signal (B) in 2 durch den Pfad B zu fließen, und gleichzeitig beginnt das Aufladen von dem Kondensator zu Erde, mit welcher die Zündkerze 101 inhärent ausgestattet ist, und der Kondensator 116 bereitgestellt in der Hochfrequenzenergieversorgung 103.When the signal (A) is turned LOW at a time T1, the current through the primary coil becomes 111 interrupted by the switching element 114 in the ignition coil unit 102 , the magnetic flux energy in the nucleus 118 is stored is released, an induction voltage is generated in the secondary coil 112 , and thereby the induction current starts indicated by the signal (B) in 2 to flow through the path B, and at the same time, the charging from the capacitor to earth begins, with which the spark plug 101 inherently equipped, and the capacitor 116 provided in the high frequency power supply 103 ,

Wenn die Spannung, die den Kondensator 116 auflädt, den Kondensator zu Erde von der Zündkerze, etc. die elektrische Durchschlagsspannung zwischen den Elektroden 101a und 101b von der Zündkerze 101 (Hauptkerzenspalt) erreicht, tritt elektrischer Durchschlag auf über den Hauptkerzenspalt, ein Funkenentladungspfad wird erzeugt, zusätzlich, ein Strom aufgrund des Entladens von der elektrischen Ladung gespeichert in den vorhergehenden Kondensatoren, welcher der kapazitive Strom 201 ist, angezeigt durch das so bezeichnete Signal (F), fließt in den Funkenentladungspfad und im Folgenden darauf, fließt der Induktionsstrom, der durch das Signal (B) angezeigt ist in den Funkenentladungspfad, somit ist der Funkenentladungspfad erzeugt und erhalten.When the voltage is the capacitor 116 charges, the capacitor to earth from the spark plug, etc. the electric breakdown voltage between the electrodes 101 and 101b from the spark plug 101 (Main plug gap), electrical breakdown occurs across the main plug gap, a spark discharge path is generated, in addition, a current due to the discharge of the electric charge stored in the preceding capacitors, which is the capacitive current 201 is indicated by the signal (F) thus designated, flows into the spark discharge path and subsequently thereto, the induction current indicated by the signal (B) flows in the spark discharge path, thus the spark discharge path is generated and obtained.

Während der Kapazitivstrom 201 fließt, wird die Spannung an dem Punkt G in 1 weiterhin hoch gehalten, so dass es schwierig ist in stabiler Weise einen Strom von der Hochspannungsenergieversorgung 103 an den Funkenentladungspfad über den Hauptkerzenspalt zu liefern. Deshalb schaltet die Kontrolle 104 das Signal (C) auf HOCH bei der Zeit T3 und erlaubt den Betrieb von dem Schaltkreis 119, so dass der AC Strom in den Pfad von der Zeit anfließt, wenn der kapazitive Strom abfällt.During the capacitive current 201 flows, the voltage at the point G in 1 is kept high so that it is difficult to stably supply a current from the high voltage power supply 103 to deliver to the spark discharge path across the main plug gap. That's why the control switches 104 the signal (C) is high at the time T3 and allows the operation of the circuit 119 so that the AC current flows into the path from the time when the capacitive current drops.

Das Intervall von der Zeit T1 bis Zeit T3 kann gesetzt werden auf einen Abbildungswert (Englisch: map value) oder einen berechneten Wert bestimmt in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen (Englisch: running conditions). Der Grund dafür ist, dass wenn Bedingungen wie Motorrotationsgeschwindigkeit eine Last und Temperatur sich verändern, verändert sich auch die elektrische Durchschlagsspannung über den Hauptkerzenspalt und die Zeit T2 ändert sich gemäß der Änderung von der elektrischen Durchschlagsspannung. Zum Beispiel wird das Intervall von der Zeit T1 zu der Zeit T3 auf 50 μs gesetzt in einem Leerlaufzustand (Englisch: idling state) von einigen 700 U/min (Englisch: rpm), wobei es dahingegen auf 100 μs gesetzt wird in einem Vollgas-Last-Zustand (Englisch: full-throttle load state) von einigen 4000 U/min. Zusätzlich, wenn die Temperatur von dem Motorkühlwasser 80°C übersteigt, werden 10 μs pauschal von diesen Werten abgezogen.The interval from the time T1 to the time T3 can be set to a map value or a calculated value determined depending on the running conditions. The reason for this is that when conditions such as motor rotation speed change a load and temperature, the breakdown voltage also changes over the main plug gap and the time T2 changes according to the change of the breakdown voltage. For example, the interval from time T1 to time T3 is set to 50 μs in an idling state of several 700 rpm, whereas it is set to 100 μs in a full throttle. Load-state (English: full-throttle load state) of some 4000 rpm. In addition, if the temperature of the engine cooling water exceeds 80 ° C, 10 μs is subtracted from these values.

Wenn das Signal (C) den Betrieb von dem Schaltkreis 119 erlaubt, beginnt der Kreis den Schaltbetrieb, um den AC Strom zu veranlassen, in Richtung des Funkenentladungspfads zu fließen der über den Hauptkerzenspalt erzeugt ist.When the signal (C) the operation of the circuit 119 allows the circuit to begin the switching operation to cause the AC current to flow in the direction of the spark discharge path created across the main plug gap.

Da der Schaltkreis 119 von der Halbbrückenschaltung in Ausführungsform 1 gebildet wird und zu einem späteren Zeitpunkt der Bandpassfilter bereitgestellt wird gebildet aus der Induktivität 117 und dem Kondensator 116, werden die HOCH-seitigen und die NIEDRIG-seitigen Schaltelemente von der Halbbrückenschaltung wiederholt an und aus geschaltet, alternierend gemäß der Periode von diesem Bandpassfilter, wie das Signal (DH) und das Signal (DL) gezeigt in 2.Because the circuit 119 is formed by the half-bridge circuit in Embodiment 1, and at a later time, the band-pass filter is provided formed of the inductance 117 and the capacitor 116 , the HIGH-side and LOW-side switching elements are repeatedly turned on and off by the half-bridge circuit, alternately according to the period of this band-pass filter as the signal (DH) and the signal (DL) shown in FIG 2 ,

Zu diesem Zeitpunkt wird der Ausgabestrom von der Hochfrequenzenergieversorgung 103 wie das Signal (E) gezeigt in 2.At this time, the output current from the high-frequency power supply 103 as the signal (E) shown in 2 ,

Darum fließt durch den Funkenentladungspfad, der über den Hauptkerzenspalt erzeugt ist, der Strom angezeigt durch das Signal (F), welches die Summe von dem Signal (B), welches der Ausgabestrom von der Zündspuleneinheit 102 (einige 50 bis 300 mA) ist, und dem Signal (E), welches der Ausgabestrom von der Hochfrequenzenergieversorgung 103 (einige 2 is 10 A) ist.Therefore, through the spark discharge path formed across the main plug gap, the current flows through the signal (F) which is the sum of the signal (B) which is the output current from the ignition coil unit 102 (some 50 to 300 mA) and the signal (E) which is the output current from the high frequency power supply 103 (some 2 is 10 A).

Wenn zu diesem Zeitpunkt weiter ein großer Strom durch den Funkenentladungspfad fließt, der über den Hauptkerzenspalt erzeugt ist, wird ein Problem darin auftreten, dass die Elektroden schwer abnutzen begleitet von Einschmelzen aufgrund von Aufheizen von der Oberfläche von den Elektroden 101a und 101b.At this time, if a large current continues to flow through the spark discharge path that is generated across the main spark gap, there will be a problem in that the electrodes are hard to wear accompanied by smoldering due to heating from the surface of the electrodes 101 and 101b ,

Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig die Entladung kurz zu stoppen, bevor das Elektrodenmetall seine Schmelztemperatur erreicht, um es zu unterdrücken, dass eine Temperatur steigt. Der Temperaturanstieg ist zeitweilig unterdrückt und in der Folge davon wird der Strom veranlasst wieder zu fließen in den Pfad; dieser Prozess wird mehrere Male wiederholt, wobei ein großes Plasma erzeugt wird und Abnutzung von den Elektroden drastisch reduziert werden kann ohne Startfähigkeit und Verbrennungsverhalten von dem Motor zu verschlechtern, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird.In order to solve this problem, it is necessary to stop the discharge for a short time before the electrode metal reaches its melting temperature to suppress a temperature from rising. The temperature rise is temporarily suppressed and, as a result, the current is caused to flow again into the path; This process is repeated several times, producing a large plasma and drastically reducing wear from the electrodes without degrading startability and combustion performance of the engine even when a spark plug having a narrow gap is used.

Der vorgehende Prozess des Unterdrückens des Temperaturanstiegs wird weiter im Besonderen erklärt werden mit Bezug auf das Timingdiagramm in 2.The foregoing process of suppressing the temperature rise will be further specifically explained with reference to the timing chart in FIG 2 ,

Wie oben beschrieben, um den Temperaturanstieg von den Elektroden zu unterdrücken, schaltet die Kontrolleinheit 104 zeitweilig das Signal (C) auf NIEDRIG bei der Zeit T4, um den Betrieb von dem Schalkreis 119 zu stoppen. Wenn der Betrieb von dem Schaltkreis 119 gestoppt ist, um das Liefern von dem großen Strom an den Funkenentladungspfad über den Hauptkerzenspalt zu unterbrechen, wird der Temperaturanstieg von den Elektroden 101a und 101b unterdrückt. Nach einer Zeit schaltet die Kontrolleinheit 104 wieder das Signal (C) auf HOCH bei der Zeit T5 und beginnt wieder den Betrieb von dem Schaltkreis 119. Da der Funkenentladungspfad erzeugt bleibt über den Hauptkerzenspalt durch den Induktionsstrom (B), beginnt der große AC Strom wieder bereitgestellt zu werden dem Funkenentladungspfad über den Hauptkerzenspalt, so dass ein großes Plasma erzeugt wird.As described above, to suppress the temperature rise from the electrodes, the control unit switches 104 temporarily the signal (C) to LOW at the time T4 to the operation of the circuit 119 to stop. When the operation of the circuit 119 is stopped to interrupt the supply of the large current to the spark discharge path via the main plug gap, the temperature rise from the electrodes 101 and 101b suppressed. After a while, the control unit will turn off 104 again the signal (C) to HIGH at time T5 and starts again the operation of the circuit 119 , Since the spark discharge path remains generated across the main plug gap by the induction current (B), the large AC current starts to be re-provided to the spark discharge path across the main plug gap, thus producing a large plasma.

Der vorstehende Prozess wird wiederholt. Das heißt, um den Temperaturanstieg von den Elektroden wieder zu unterdrücken, schaltet die Kontrolleinheit 104 das Signal (C) auf NIEDRIG bei der Zeit T6, um den Betrieb von dem Schaltkreis 119 zu stoppen, dabei unterdrückend den Temperaturanstieg von den Elektroden 101a und 101b; die Kontrolleinheit 104 schaltet das Signal (C) auf HOCH bei der Zeit T7 und beginnt wieder den Betrieb von dem Schaltkreis 119. Durch Ausführung in dieser Weise kann ein großes Entladungsplasma erzeugt werden während Temperaturanstieg von den Elektroden unterdrückt wird.The above process is repeated. That is, to suppress the temperature rise from the electrodes again, the control unit switches 104 the signal (C) LOW at the time T6 to the operation of the circuit 119 to stop, while suppressing the temperature rise of the electrodes 101 and 101b ; the control unit 104 the signal (C) goes HIGH at time T7 and starts again the operation of the circuit 119 , By performing in this way, a large discharge plasma can be generated while suppressing temperature rise from the electrodes.

Nach der Zeit T3 kann das Timing gesetzt werden auf einen Abbildungswert (Englisch: map value) oder einen berechneten Wert bestimmt in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und einem Entladungszustand.After the time T3, the timing can be set to a map value or a calculated value determined depending on operating conditions and a discharge state.

Zum Beispiel, wenn die Rotationsgeschwindigkeit, die Temperatur des Motorkühlwassers und ein Stromsollniveau (Englisch: target current level) HOCH sind, kann das Intervall von Zeit T3 zu Zeit T4 verkürzt werden, das Intervall von Zeit T4 zu Zeit T5 kann verlängert werden und die Frequenz von der Wiederholung kann verringert werden. Der Grund dafür ist, dass die Menge der Hitze, die erzeugt und abgeführt wird, variiert abhängig von den Betriebsbedingungen und dem Entladungszustand.For example, when the rotation speed, the temperature of the engine cooling water and a target current level are HIGH, the interval from time T3 to time T4 may be shortened, the interval from time T4 to time T5 may be extended, and the frequency from the repetition can be reduced. The reason for this is that the amount of heat generated and dissipated varies depending on the operating conditions and the discharge state.

Zum Beispiel, wenn die Temperatur von dem Motorkühlwasser niedriger als 80°C ist und die Motorrotationsgeschwindigkeit kleiner als 1000 U/min ist, wird ein AC Strom mit einem Spitzenwert von 5 A geliefert für eine Periode von 500 μs und wird unterbrochen für eine Periode von 30 μs, und dieser Prozess wird viermal wiederholt. Wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit 3000 U/min übersteigt, wird der Prozess so verändert, dass der AC Strom mit einem Spitzenwert von 5 A geliefert wird für eine Periode von 500 μs und unterbrochen wird für eine Periode von 30 μs, und dieses wird dreimal wiederholt. Weiterhin, wenn die Temperatur von dem Wasser 80°C übersteigt, wird der Prozess verändert, so dass zunächst der AC-Storm mit einem Spitzenwert von 5 A geliefert wird für eine Periode von 500 μs und unterbrochen wird für eine Periode von 30 μs, und zweitens und drittens der AC Strom mit einem Spitzenwert von 5 A bereitgestellt wird für eine Periode von 300 μs und unterbrochen wird für eine Periode von 30 μs. Weiterhin, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit 4000 U/min übersteigt, wird der Prozess verändert, so dass ein AC Strom mit einem Spitzenwert von 3 A geliefert wird für eine Periode von 300 μs und unterbrochen wird für eine Periode von 50 μs, und dieses wird zweimal wiederholt.For example, when the temperature of the engine cooling water is lower than 80 ° C and the engine rotation speed is less than 1000 rpm, an AC current with a peak of 5 A is supplied for a period of 500 μs and is interrupted for a period of 30 μs, and this process is repeated four times. When the motor rotation speed exceeds 3000 rpm, the process is changed so that the AC current with a peak value of 5 A is supplied for a period of 500 μs and is interrupted for a period of 30 μs, and this is repeated three times. Further, when the temperature of the water exceeds 80 ° C, the process is changed so that first the AC-Storm is supplied with a peak of 5 A for a period of 500 μs and is interrupted for a period of 30 μs, and second and thirdly, the AC current with a peak value of 5 A is provided for a period of 300 μs and is interrupted for a period of 30 μs. Further, when the motor rotation speed exceeds 4000 rpm, the process is changed so that an AC current with a peak value of 3 A is supplied for a period of 300 μs and is interrupted for a period of 50 μs, and this is repeated twice ,

Im Allgemeinen werden Perioden, während welcher der Strom kontinuierlich geliefert wird vorzugsweise gesetzt auf weniger als 1 ms und Intervalle, bei welchen der Strom geliefert wird auf mehr als 10 μs abhängig von den Betriebsbedingungen und dem Betriebszustand von dem Verbrennungsmotor.In general, periods during which the current is supplied continuously are preferably set to less than 1 ms and intervals at which the current is supplied to more than 10 μs depending on the operating conditions and the operating state of the internal combustion engine.

Durch Setzen in dieser Weise kann ebenfalls Energieverbrauch unterdrückt werden ohne die Startfähigkeit und das Verbrennungsverhalten von dem Motor zu verschlechtern während Abnutzung von den Elektroden unterdrückt wird, so dass ein effizientes System realisiert werden kann.By setting in this manner, power consumption can also be suppressed without degrading the startability and the combustion behavior of the engine while suppressing wear from the electrodes, so that an efficient system can be realized.

Wie oben beschrieben gemäß der Ausführungsform 1 von der vorliegenden Erfindung, kann effiziente Hochenergieentladung erreicht werden unter Verwendung einer einfachen Konfiguration wie oben beschrieben, zusätzlich kann ein großes Plasma erzeugt werden, während Beständigkeit der Zündkerze gut erhalten wird und die Startfähigkeit und das Verbrennungsverhalten von dem Motor würde nicht verschlechtert, selbst wenn eine Zündkerze mit einem schmalen Spalt verwendet wird. Im Ergebnis kann Reduktion in Gewicht erreicht werden durch sehr hochaufgeladenes Verkleinern (Englisch: highly supercharged downsizing), thermische Effizienz kann erhöht werden durch Erhöhung des Kompressionsverhältnisses, usw.; darum kann Kraftstoff, der beim Betreiben von Verbrennungsmotoren konsumiert wird drastisch verringert werden, dabei in hohem Maße CO₂ Emissionen reduzierend, was in der Lage sein wird, einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.As described above, according to Embodiment 1 of the present invention, efficient high-energy discharge can be achieved by using a simple configuration as described above, in addition, a large plasma can be produced while well-preserving the durability of the spark plug and the startability and combustion performance of the engine would not deteriorate even if a spark plug with a narrow gap is used. As a result, reduction in weight can be achieved by highly supercharged downsizing, thermal efficiency can be increased by increasing the compression ratio, etc .; therefore, fuel consumed in operating internal combustion engines can be drastically reduced, thereby greatly reducing CO ₂ emissions, which will be able to contribute to environmental protection.

Verschiedenartige Modifizierungen und Veränderungen von dieser Erfindung werden den Fachmännern offenbar sein ohne vom Schutzbereich und Geist von dieser Erfindung sich zu entfernen und es sollte verstanden werden, dass diese nicht limitiert ist auf die illustrativen Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind.Various modifications and variations of this invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention, and it should be understood that this is not limited to the illustrative embodiments described herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2011-099410 [0007]

Claims

An ignition device comprising: a spark plug ( 101 ), which is a first electrode ( 101 ) and a second electrode ( 101b ), opposing each other across a gap and causing spark discharge across the gap, for igniting a combustible fuel / air mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine; one unity ( 102 ) for generating a spark discharge path which generates a predetermined high voltage applying high voltage generated to the first electrode (Fig. 101 ) and creates a path for the spark discharge via the gap; a power supply unit ( 103 ) which provides a current to the spark discharge path created across the gap; and an operation timing instruction unit ( 104 ), which instructions concerning operating timing from the power supply unit ( 103 ) gives; wherein the operation timing command unit ( 104 ) are the instructions so that the current is provided to the gap, from the power supply unit ( 103 ) for at least two separate periods during a combustion cycle.

An ignition apparatus according to claim 1, wherein said operation timing command unit ( 104 ) a period of continuously supplying the current from the power supply unit (FIG. 103 ) is set to less than the number 1 ms.

An ignition device according to claim 1 or 2, wherein the operation timing command unit ( 104 ) an interval for supplying the power from the power supply unit ( 103 ) is set to more than 10 μs.

An ignition device according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation timing command unit ( 104 ) a period and an interval for supplying the power from the power supply unit (FIG. 103 ), and a value of the supply current, depending on operating conditions and an operating condition of the internal combustion engine.