JP2003521619A - 高電圧点火スパーク列を生成する方法および高電圧点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は高電圧点火スパーク列を生成する方法に関するものであり、この方法は、点火エネルギー蓄積器（２）を所定の充電状態（Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}）まで充電し、前記点火エネルギー蓄積器（２）の放電によって、前記点火エネルギー蓄積器（２）に接続された点火スパーク生成手段（６）において点火スパークを生成し、前記点火エネルギー蓄積器（２）が完全に放電してしまう前に、前記点火エネルギー蓄積器（２）の再充電プロセスを開始し、前記点火エネルギー蓄積器（２）の放電によって、前記点火スパーク生成手段（６）において別の点火スパークを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、高電圧点火パルス列を生成する方法、および請求項８の上位概念に
よる高電圧点火装置に関する。

【０００２】 技術の状況 従来技術において、さまざまな高電圧点火装置が公知である。誘導性の点火の
他に、さらに容量性の点火システムおよび交流点火システムも公知である。さら
に、従来技術では、高電圧点火スパーク列を生成する点火システムも公知である
。二重点火としても知られるこの装置は、シリンダ内での燃焼プロセスの間、複
数の点火スパークを生成し、燃焼を改善する。このために、例えば、複数の点火
エネルギー蓄積器、例えば点火コイルを有する点火システムが公知である。点火
スパーク列は、従来の技術では時間制御される。この場合、この時間制御は、ソ
フトウェアおよび／またはハードウェアごとに制御器によって行われる。公知の
多重スパークシステムの不利な点は、点火蓄積器の充電プロセスと放電プロセス
との間の時間が比較的長いことである。その上、複数の点火エネルギー蓄積器を
有するシステムでは、比較的高い材料コストが不可欠である。

【０００３】 発明の利点 請求項１に記載された特徴を有する、高電圧点火パルス列を生成する方法、お
よび請求項８に記載された特徴を有する点火装置によれば、有利には、点火エネ
ルギー蓄積器の充電プロセスと放電プロセスとの間の時間を短縮することが可能
である。これにより、燃焼プロセスの間に、複数の高電圧点火スパークを供給す
ることが可能である。しかし、点火スパークの数を増やすことによって、点火エ
ネルギー蓄積器の容量を低減することもでき、したがって例えば従来技術と比べ
てより小さな点火コイルを使用することができる。実質的に、点火エネルギー蓄
積器の再充電時間の短縮は、点火エネルギー蓄積器が完全に放電してしまう前に
、点火エネルギー蓄積器を再び充電することによって達成される。したがって、
例えば点火電圧、点火スパークのバーニング電圧、内燃機関の回転数、空気燃料
混合気の空燃比、バッテリ電圧の状態などのようなパラメータの変化とは無関係
に、残留エネルギーが点火エネルギー蓄積器に残留する。その結果、再充電プロ
セスは短縮され、これにより、最初のスパークまでの時間間隔が格段に短いスパ
ーク列を生成することができる。

【０００４】 点火エネルギー蓄積器の完全な放電を簡単に防ぐことができるように、本発明
の発展形態では、−点火スパークが発火する間−点火電流を測定し、点火電流が
所定の値を下回ると、点火エネルギー蓄積器の再充電プロセスが開始される。例
えば点火電流のピーク電流によって引き起こされ得る、点火スパーク生成手段に
おける制御不能な再点火を回避するために、特に有利な実施形態では、点火エネ
ルギー蓄積器の再充電プロセスは、点火電流が所定の時間に亘って所定の値を下
回ったときにはじめて開始されるように意図されている。しかし、これにより、
燃焼室内の空気燃料混合気を点火するのに必要な最小点火持続時間も保証される
。再スイッチオンは点火電流が所定の値を下回ってはじめて行われるので、点火
スパーク蓄積器の短い再充電時間も達成される。というのも、残留エネルギーが
蓄積器内に存在しているからである。

【０００５】 点火エネルギー蓄積器からイオン電流測定の制御器へ測定ラインが存在してい
れば、この測定ラインを点火電流の測定に使用することができる。これにより、
制御器によるコストのかからないロバストな再充電プロセス制御の解決策が得ら
れる。

【０００６】 別の有利な実施形態は従属請求項から得られる。

【０００７】 図面 以下では、実施例に基づき、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。

【０００８】 図１は、高電圧点火装置の第１の実施例を示しており、 図２は、高電圧点火装置の点火エネルギー蓄積器の充電電流、点火電流および制
御電圧を経時的にプロットしており、 図３は、高電圧点火装置の第２の実施例を示しており、 図４は、図３による高電圧点火装置に関する電流および電圧の時間的経過を示し
ている。

【０００９】 実施例の説明 図１には、高電圧点火装置１が示されており、この高電圧点火装置１は、点火
エネルギー蓄積器２、制御器３およびスイッチング素子４を有している。高電圧
点火装置１は、スパークギャップ５に、高電圧点火スパークを生成するための電
気エネルギーを供給する。スパークギャップ５は点火スパーク生成手段６に形成
されており、点火スパーク生成手段６は有利には点火プラグとして実現すること
ができる。

【００１０】 点火エネルギー蓄積器２は、有利な実施形態ではインダクタンスとして形成さ
れている、つまり、１次巻線８と２次巻線９を有する点火コイル７として実現さ
れている。２次巻線９には点火スパーク生成手段６が接続されており、この場合
、この回路内には、さらにノイズ防止抵抗器１０といわゆるＥＦＵダイオード１
１（Ｅｉｎｓｃｈａｌｔ−Ｆｕｎｋｅｎ−Ｕｎｔｅｒｄｒｕｅｃｋｕｎｇ（スイ
ッチオン−スパーク−抑制））が配置されており、このダイオードのアノードは
スパークギャップ５と接続されており、カソードは２次巻線９と接続されている
。その上、この回路内にはさらに点火スパーク生成手段の焼損抵抗器１２（Ａｂ
ｂｒａｎｄｒｅｓｉｓｔｏｒ）と点火エネルギー蓄積器２の抵抗器１３とが組込
まれている。このようにして、２次巻線９の一方の巻線端部はスパークギャップ
５と接続されており、他方の巻線端部は制御器３と接続されている。

【００１１】 １次巻線８の一方の巻線端部は給電電圧Ｕ_Ｂに接続されており、給電電圧Ｕ_Ｂ は、例えば自動車の搭載バッテリのバッテリ電圧である。１次巻線８の他方の巻
線端部はスイッチング素子４を介してアースに接続可能である。スイッチング素
子４が制御器３により制御出力側４’を介してどのように制御されるかに応じて
、１次巻線８に対する給電回路が開閉される。スイッチング素子４が閉じている
ときは、点火エネルギー蓄積器２が充電される。点火エネルギー蓄積器２の充電
が無事に終了すると、スイッチング素子４が開くことにより、蓄積されたエネル
ギーがスパークギャップ５を介して放出され、これにより点火エネルギー蓄積器
２は放電される。

【００１２】 制御器３は、電圧タップ１５と接続された電圧測定入力側１４を有している。
電圧タップ１５は、１次側の回路において１次コイル８とスイッチング素子４と
の間にあり、点火エネルギー蓄積器２のいわゆるクランプ電圧を測定することが
できる。さらに、制御器３は、スイッチング素子４の電流タップ１７と接続され
た電流測定入力側１６を有している。この電流測定入力側１６を介して、１次電
流Ｉ_Ｐが測定される、それも少なくとも点火エネルギー蓄積器２の充電プロセス
の間に測定される。その上、制御器３は算出部１９を有しており、この算出部は
、少なくとも点火スパーク生成の間、エネルギー蓄積器２の充電状態を求める。
このために、算出部は、有利な実施形態では、２次巻線９の巻線端部と接続され
た電流測定入力側２０を有しており、これにより、点火スパーク生成の間、点火
電流Ｉ_Ｆを測定することができる。これをシンプルかつ容易に実行することがで
きるように、シャントとも称する測定抵抗器２１の一方の端子も、電流測定入力
側２０と２次巻線９との間の接続ラインに接続されており、測定抵抗器２１の他
方の端子はアース１８へ導かれている。最後に、制御器３は制御入力側２２を有
しており、この制御入力側には、スイッチング装置により出力される制御電圧を
印加することができる。

【００１３】 図１および図２ａ〜２ｃに基づいて、以下では、高電圧点火装置１の動作を説
明する。制御入力側２２が活動化されているときは、期間ｔ_０〜ｔ_Ｅにおいて制
御電圧Ｕ_Ｅが印加される（図２ｃ）。それにしたがって制御器３はスイッチング
素子４を制御し、その結果、１次巻線８に対する給電回路が閉じ、１次電流Ｉ_Ｐ は時点ｔ_０から増大する。電流Ｉ_Ｐは点火エネルギー蓄積器２の充電状態に依存
して変化する。時点ｔ_１において所定の値Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}に達すると、スイッ
チング素子４は制御器３によって再び開かれ、その結果、これに続く点火エネル
ギー蓄積器２の放電プロセスが、時点ｔ_１において点火電流Ｉ_Ｆ（図２ｂ）を増
大させる。これに応じて、スパークギャップ５において点火スパークが発火する
。点火エネルギー蓄積器２の放電が進むことで、点火電流Ｉ_Ｆが減少する。算出
部１９によって検出される点火電流Ｉ_Ｆがトリガ値Ｉ_ＴＲに達すると、スイッチ
ング素子４は制御器３によって再び閉じられ、点火エネルギー蓄積器２の再充電
プロセスが時点ｔ_２において開始する。充電プロセスは、時点ｔ_３において再び
１次電流の所定の値Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}に達するまで実行され、時点ｔ_３において
スイッチング素子４は再び開かれる。その結果、放電プロセスによって、点火ス
パーク列は、スパークギャップ５において時点ｔ_３に発火し、点火電流Ｉ_Ｆが時
点ｔ_４において再びトリガ値Ｉ_ＴＲに低下するまで燃焼する。スイッチング素子
４は、この時点ｔ_４で再び閉じられ、１次電流Ｉ_Ｐの値が時点ｔ_５において再び
値Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}に達するまで、点火エネルギー蓄積器２の別の充電プロセス
が実行される。スイッチング素子４を再度開くことによって、再び点火エネルギ
ー蓄積器２の放電プロセスが実行され、点火エネルギー蓄積器２は、時点ｔ_５に
、スパークギャップ５において再び点火スパークを生成する。しかしながら、制
御電圧Ｕ_Ｅは時点ｔ_Ｅではもはや制御入力側２２に印加されず、それゆえ制御器
３はスイッチング素子４を再び閉じず、点火スパークは完全に燃え尽きる。した
がって、制御期間ｔ_０〜ｔ_Ｅに応じて、時点ｔ_１では最初のスパークを、期間ｔ _２ 〜ｔ_４では少なくとも１つまたは複数のスパーク列を生成することができ、時
点ｔ_５では、燃え尽きてもよい最後のスパークが生成されることが直ちに明らか
となる。

【００１４】 例えば期間ｔ_２〜ｔ_３における２つの点火スパークの間、点火エネルギー蓄積
器２の制御不能な充電ないし放電を防止するために、スイッチング素子４は、点
火電流Ｉ_Ｆが所定の期間、例えば２０μｓ〜８０μｓの間、トリガ値Ｉ_ＴＲを下
回ってはじめて点火エネルギー蓄積器２の充電プロセスのために閉じられ、その
結果、ピーク電流はある程度フィルタリングされ、スイッチング素子４の制御の
際には考慮されない。トリガ値Ｉ_ＴＲは最大電流Ｉ_{Ｆ，ＭＡＸ}よりも小さく、例
えば最大点火電流Ｉ_{Ｆ，ＭＡＸ}の０．３〜０．７倍である。つまり、このトリガ
値Ｉ_ＴＲは可変であり、それも有利には内燃機関の少なくとも１つの動作パラメ
ータに依存して可変である。このために、例えば内燃機関の回転数および／また
は負荷を使用することができる。とりわけ、複数の特性曲線を含んだ特性曲線マ
ップを使用することができ、したがって内燃機関のこの動作特性曲線に依存して
トリガ値Ｉ_ＴＲを選択することができるように意図されている。トリガ値Ｉ_ＴＲ の変化により、個々のスパークの持続時間も変化し、それゆえスパーク列のスパ
ーク個数を変化させることができる。

【００１５】 さらに図１からは次のことが分かる。即ち、制御器３および測定抵抗器２１も
、とりわけ回路遮断器として形成されたスイッチング素子４も、半導体基板上に
ユニット３’としてコストをかけずに製造することができ、したがって、ただ４
つの端子２３〜２６をこの基板を収容するハウジングから外に出すだけでよい。
もちろん、制御器３、測定抵抗器２１およびスイッチング素子４は、別個の構成
素子として構成してもよいが、これらは、端子２３〜２６を有する唯一のハウジ
ング内に配置してもよい。

【００１６】 図３には、高電圧点火装置１の第２の実施例が示されている。この高電圧点火
装置１では、算出部１９は、制御器３に前置接続されたスイッチングユニット２
７内に形成されている。スイッチングユニットはスイッチング装置２８を有して
おり、スイッチング装置２８の出力側は、制御器３の制御入力側２２と接続され
ており、制御器３に制御電圧Ｕ_Ｅを供給する。制御電圧Ｕ_Ｅは図４に従ってパル
ス状に供給される、それも点火電流Ｉ_Ｆに依存して供給される。この点火電流Ｉ _Ｆ がトリガ値Ｉ_ＴＲ（図４ｃ）に達すると、再び制御電圧パルスＵ_Ｅが制御入力
側２２に与えられ、その結果、制御器３は、１次電流Ｉ_Ｐが点火値Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥ ＮＤ} （図４ｂ）に達するまで、スイッチング素子４を閉じる。点火値に達した時
点でスイッチング素子４が再び開かれるので、点火エネルギー蓄積器２の放電に
より、再びスパークギャップ５にスパークを供給することができる。このスパー
ク供給の利点は、制御器３とスイッチング素子４とを有するユニット３’を収容
したハウジングからただ３つの端子２３，２４および２５を外に出すだけでよい
ことである。

【００１７】 図３による高電圧点火装置１のこの実施例では、電流測定入力２０はツェナー
ダイオード２９と測定抵抗器２１との間でタップされており、この場合、ツェナ
ーダイオード２９は、点火電流Ｉ_Ｆに対して導通方向に接続されている。２次巻
線９とツェナーダイオード２９との間の接続ラインはさらにイオン電流測定装置
３０まで延びており、このイオン電流測定装置によって、点火スパーク休止期間
に燃焼室内のイオン電流を測定することができ、これにより例えば内燃機関のノ
ッキング動作を判断することができる。その他の点に関しては、図３および４で
は、図１および２におけるものと同じないしは同じ働きの部分には同じ参照記号
が付されている。その限りにおいて、それらの説明が参照される。

【００１８】 このようにして、高電圧点火装置１によって、点火エネルギー蓄積器２の多重
充／放電が実現される。その際、２つの点火スパークの間の休止時間を短縮する
ために、点火エネルギー蓄積器２の再充電のための充電時間は、公知のシステム
と比べて短縮されている。というのも、点火エネルギー蓄積器２内にはつねに残
留エネルギーが残っているからである。それゆえ、コストのかからない点火エネ
ルギー蓄積器、特に、１次エネルギー＜１００ｍＪのコイルを使用することがで
きる。点火電流Ｉ_Ｆのトリガ値Ｉ_ＴＲの変更およびスイッチオフ電流Ｉ_{Ｐ，ＺＵ ＥＮＤ} の変更によって、さらに、各々の給電電圧の高さに合わせた調整、とりわ
け搭載バッテリの充電状態に合わせた調整が達成できる。さらに、スパーク列の
持続時間ないしはスパーク列中のスパーク個数も変更可能である。

【００１９】 点火エネルギー蓄積器の放電時間は、さらに、点火エネルギー蓄積器２および
点火スパーク生成手段６の２次回路における条件に合わせて調整され、これによ
り、２次回路内の抵抗器１２，１０および１３の許容差も補償することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高電圧点火装置の第１の実施例を示す。

【図２】 高電圧点火装置の点火エネルギー蓄積器の充電電流、点火電流および制御電圧
を経時的にプロットしたものである。

【図３】 高電圧点火装置の第２の実施例を示す。

【図４】 図３による高電圧点火装置に関する電流および電圧の時間的経過を示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年２月８日（２００２．２．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高電圧点火スパーク列を生成する方法において、 点火エネルギー蓄積器（２）を所定の充電状態（Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}）まで充電
   し、 前記点火エネルギー蓄積器（２）の放電によって、前記点火エネルギー蓄積器
   （２）に接続された点火スパーク生成手段（６）において点火スパークを生成し
   、 前記点火エネルギー蓄積器（２）が完全に放電してしまう前に、前記点火エネ
   ルギー蓄積器（２）の再充電プロセスを開始し、 前記点火エネルギー蓄積器（２）の放電によって、前記点火スパーク生成手段
   （６）において別の点火スパークを生成する、ことを特徴とする高電圧点火スパ
   ーク列を生成する方法。
2. 【請求項２】 点火スパーク生成の間、点火電流（Ｉ_Ｆ）を測定し、該点火
   電流（Ｉ_Ｆ）が所定の値（Ｉ_ＴＲ）を下回ったとき、前記点火エネルギー蓄積器
   （２）の再充電プロセスを開始する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記点火エネルギー蓄積器（２）の再充電プロセスを、前記
   点火電流（Ｉ_Ｆ）が所定の時間に亘って前記所定の値（Ｉ_ＴＲ）を下回ったとき
   に開始する、請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記点火エネルギー蓄積器（２）の少なくとも１つの充電プ
   ロセス、再充電プロセスおよび完全な放電プロセスを、１つの燃焼サイクル内で
   行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 １つの燃焼サイクル内での再充電プロセスの回数を内燃機関
   の動作パラメータに依存して決定する、請求項１から４までのいずれか１項記載
   の方法。
6. 【請求項６】 点火スパーク休止の間、イオン電流の測定を行い、 当該イオン電流測定から求められたパラメータに依存して、前記点火エネルギ
   ー蓄積器（２）の再充電プロセスの開始時点を選択する、請求項１から５までの
   いずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 点火電流（Ｉ_Ｆ）に対するトリガ値（Ｉ_ＴＲ）は、内燃機関
   の少なくとも１つの動作パラメータに依存して、例えば回転数および／または負
   荷に依存して変更可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 スパーク列を生成する高電圧点火装置であって、 点火エネルギー蓄積器と、エネルギー供給装置を前記点火エネルギー蓄積器に
   接続および遮断する、前記点火エネルギー蓄積器のためのスイッチング素子と、
   該スイッチング素子を制御する制御器とを有する高電圧点火装置において、 前記点火エネルギー蓄積器（２）の充電状態（Ｉ_{Ｐ，ＺＵＥＮＤ}）を求める算
   出部（１９）を有し、 前記制御器（３）は、前記点火エネルギー蓄積器（２）の充電状態が、所定の
   値を下回ると、前記スイッチング素子（４）を再び閉じ、所定の充電状態に再び
   達すると、前記スイッチング素子（４）を再び開く、ことを特徴とする高電圧点
   火装置。
9. 【請求項９】 前記算出部（１９）は、点火電流（Ｉ_Ｆ）に対する電流測定
   装置である、請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記点火エネルギー蓄積器（２）はインダクタンスである
    、請求項８記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記制御器（３）は前記算出部（１９）を有している、請
    求項８または９記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記スイッチング素子（４）は半導体スイッチング素子で
    ある、請求項８記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記半導体スイッチング素子および前記制御器（３）は、
    共通の基板上に配置されている、請求項８から１２までのいずれか１項記載の装
    置。
14. 【請求項１４】 イオン電流測定装置（３０）を有する、請求項８から１３
    までのいずれか１項記載の装置。