JP2008166580A - Ignition coil for multiple ignition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関用の点火コイルにおいて、特に一回の爆発行程に複数回の点火動作を行うマルチ点火用の点火コイルに関する。 The present invention relates to an ignition coil for an internal combustion engine, and more particularly to a multi-ignition ignition coil that performs an ignition operation a plurality of times in one explosion stroke.
内燃機関用のマルチ点火の用点火コイルの制御においては、従来より特開2000−345949号(特許文献1)あるいは、特開2000−314341号(特許文献2)に開示されるように、一回の爆発行程における複数回の点火を行う場合の点火制御手段についての提案がなされている。特に特許文献1においては、バッテリ電圧に応じて点火タイミングを制御する技術が提案されている。 In the control of an ignition coil for multi-ignition for an internal combustion engine, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-345949 (Patent Document 1) or Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314341 (Patent Document 2), it is performed once. Proposals have been made for ignition control means for performing multiple ignitions in the explosion stroke. In particular, Patent Document 1 proposes a technique for controlling the ignition timing in accordance with the battery voltage.
しかしながら従来より提案のあるマルチ点火用点火コイルにおいては、一回の爆発行程における点火の総合計点火時間あるいは点火タイミング、点火条件等についての提案はなく、どのような条件下での連続点火が最適であるかの検証がなされていない。 However, in the multi-ignition ignition coil that has been proposed in the past, there is no proposal for the total ignition time or ignition timing, ignition conditions, etc. of ignition in one explosion stroke, and continuous ignition under any conditions is optimal It has not been verified.
本発明はこのような問題に鑑み、マルチ点火式の内燃機関において、最適な点火条件となる点火コイルの構造および制御を提案することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to propose a structure and control of an ignition coil that provides optimum ignition conditions in a multi-ignition internal combustion engine.
上記課題を解決するために、本発明においては次のような構成とする。すなわち、請求項1においては、珪素鋼薄板を積層して形成される中心側コアと珪素鋼薄板を積層して形成される外周側コアとで閉磁路を構成し、前記中心側コアに同軸的に1次銅線を巻き廻した1次コイルと、2次銅線を巻き廻した2次コイルとが配置され、これら1次コイル、2次コイルはケースに収納され、絶縁樹脂で注型される内燃機関用点火コイルで中心鉄心と外周鉄心との間に設けたエアギャップにマグネットを装着したマルチ点火用点火コイルとする。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows. That is, in claim 1, a closed magnetic path is constituted by a central core formed by stacking silicon steel thin plates and an outer peripheral core formed by stacking silicon steel thin plates, and is coaxial with the central core. A primary coil wound with a primary copper wire and a secondary coil wound with a secondary copper wire are arranged in the case. These primary coil and secondary coil are housed in a case and cast with an insulating resin. A multi-ignition ignition coil in which a magnet is attached to an air gap provided between a central iron core and an outer peripheral iron core.
請求項2においては、前記マグネットによりB−H特性の逆バイアスを得るようにし、1次コイルの通電初期の立ち上がり時間を速くしたことを特徴とするし、請求項3では、1回の爆発行程における第2回以降の充放電サイクルでの1次側チャージ時間を100μs乃至200μsとしたことを特徴とする。また、1回の爆発行程における第2回以降の充放電サイクルでの2次側放電時間を50μs乃至200μsとしたことを特徴とする請求項1記載のマルチ点火用点火コイル。 According to a second aspect of the present invention, a reverse bias having a BH characteristic is obtained by the magnet so that a rise time in the initial energization of the primary coil is shortened. In the third aspect, a single explosion stroke is performed. The primary charge time in the second and subsequent charging / discharging cycles is set to 100 μs to 200 μs. 2. The ignition coil for multi-ignition according to claim 1, wherein the secondary discharge time in the second and subsequent charge / discharge cycles in one explosion stroke is set to 50 [mu] s to 200 [mu] s.
また、1回の爆発行程において単発の充放電を行う場合には点火コイルの放電エネルギを35mJ以上としたことを特徴とし、また、コアは圧粉を材料として形成してもよい。また、1次抵抗を50〜300mΩ、中心鉄心部の断面積を100平方ミリメートル以下、1次コイルの巻き数を50乃至100ターン、1次コイルと2次コイルの巻数比を100乃至200としてもよい。 In addition, when single charge / discharge is performed in one explosion stroke, the discharge energy of the ignition coil is set to 35 mJ or more, and the core may be formed of powdered material. Alternatively, the primary resistance may be 50 to 300 mΩ, the cross-sectional area of the central core portion may be 100 square millimeters or less, and the number of turns of the primary coil may be 50 to 100 turns, and the turn ratio of the primary coil and the secondary coil may be 100 to 200. Good.
また、点火コイルの駆動電流を10乃至20Aとし、閉磁路を形成するコアに無方向性珪素鋼板を使用した点火コイルにおいて、マグネットの逆磁気バイアスは1.2乃至1.6Tとし、方向性珪素鋼板を使用した点火コイルにおいて、マグネットの逆磁気バイアスは1.6乃至2.0Tとしてもよいし、充電時間tLを500μS以下、充電時間tNLを150μS以下、マルチ点火時における点火タイミング間tFPを50乃至100μSに設定することでより効率の良いマルチ点火用点火コイルが提供できるものである。以上の構成により、マルチ点火を行う点火コイルであっても確実に十分な点火エネルギーを得ることができ、エネルギ不足による失火や点火ミス等の不具合が解消できる。 In the ignition coil using a non-directional silicon steel plate as a core for forming a closed magnetic circuit with a driving current of the ignition coil of 10 to 20 A, the reverse magnetic bias of the magnet is 1.2 to 1.6 T, and the directional silicon In the ignition coil using a steel plate, the reverse magnetic bias of the magnet may be 1.6 to 2.0 T, the charging time tL is 500 μS or less, the charging time tNL is 150 μS or less, and the ignition timing tFP is 50 during multi-ignition. By setting to 100 μS, a more efficient multi-ignition ignition coil can be provided. With the above configuration, even an ignition coil that performs multi-ignition can reliably obtain sufficient ignition energy, and can solve problems such as misfire and ignition mistake due to insufficient energy.
次に本発明の実施例について述べる。本発明では、点火コイル構造の特徴として、図1に示すように複数の積層コア10、12より閉磁路コアを形成し、当該それぞれの積層コアの組み合わせ面に生じるギャップのうち少なくとも一つのギャップに永久磁石からなるマグネット20を配置している。当該マグネット20は、図1(a)と(c)のようにコアを斜めにカットすることで斜めギャップにした部分に配置したり、図1(b)のように中心コアの一端を拡大して断面積を大きくとれるような形状にすることで磁気バイアスを十分に与えられる構造としている。当該磁気バイアスはB−H特性の第三正元の飽和領域までの逆バイアスを与える程度が好ましい。
Next, examples of the present invention will be described. In the present invention, as a feature of the ignition coil structure, as shown in FIG. 1, a closed magnetic path core is formed from a plurality of laminated
また、本発明の点火コイルに関する回路構成を述べる。図2には本発明のマルチ点火用点火コイルの回路図であり、Bは車両用バッテリから得られる電源で、当該電源Bは1次コイル51に接続されると共に、当該1次コイルのトランジスタ等から構成されるスイッチング素子を含む点火制御部53に接続され、また当該点火コイルはコアを介して2次コイル52を備えており、当該2次コイル52の少なくとも一端には点火プラグが構成するプラグギャップ54に接続され、前記点火制御部53の信号に応じた2次高電圧が生成され、前記ギャップ54間で放電がなされることにより燃料への着火が行われる。
A circuit configuration relating to the ignition coil of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit diagram of an ignition coil for multi-ignition according to the present invention, where B is a power source obtained from a vehicle battery, and the power source B is connected to the
次により具体的にマルチ点火時の動作について説明する。図3にはそれぞれ特性の異なるコア構造3種類を用いた点火コイルの1次電流立ち上がり特性図を示している。当該図3において、Aはエネルギ15Aで50mJでコアにマグネットを配置した点火コイルで、Bは同40mJマグネット無し、Cは同30mJでマグネット無しの点火コイルの1次電流立ち上がり特性の例を示している。当該図3において、Aの特性はマグネット無しのBとCに対して、0から0.2mS(200μS)程度までは立ち上がり特性に優れていることを示している。そして0.2mS以降はCの立ち上がりが、また0.4mS以降はBの立ち上がりがそれぞれAより優れていることを示している。 The operation at the time of multi-ignition will be specifically described below. FIG. 3 shows a primary current rising characteristic diagram of an ignition coil using three types of core structures having different characteristics. In FIG. 3, A is an ignition coil having an energy of 15A and a magnet arranged at 50 mJ at the core, B is the same 40 mJ without magnet, C is the same 30 mJ without magnet, and shows an example of the primary current rising characteristic. Yes. In FIG. 3, the characteristic of A indicates that the rising characteristic is excellent from 0 to 0.2 mS (200 μS) with respect to B and C without magnet. It shows that the rise of C is better than A after 0.2 mS, and the rise of B is better than A after 0.4 mS.
また、図4にマルチ点火を行うときの2次エネルギーの出力波形を示している。図4においてtLは充電時間であり、tFPは1回の爆発行程における複数回の点火−点火間の充電時間としている点火タイミング間隔時間であり、tNLは1回の爆発行程における複数回の点火のうち1回の点火時間であり、tDは前記tNLとtFPとを合わせた時間を示している。本発明においては、上記それぞれの時間を次のように設定することで、マルチ点火を行う場合の点火エネルギーを十分に得られ、点火ミスのない最適な点火コイルが得られるものである。すなわち本発明においては、充電時間tLを500μS以下、充電時間tNLを150μS以下、マルチ点火時における点火タイミング間tFPを50乃至100μSに設定することでより効率の良いマルチ点火用点火コイルが得られることが図4に示すように実験上確認されている。 FIG. 4 shows an output waveform of secondary energy when performing multi-ignition. In FIG. 4, tL is a charging time, tFP is an ignition timing interval time which is a charging time between a plurality of ignitions / ignitions in one explosion stroke, and tNL is a plurality of ignitions in one explosion stroke. Of these, the ignition time is one time, and tD indicates the time when tNL and tFP are combined. In the present invention, by setting each of the above times as follows, it is possible to obtain sufficient ignition energy when performing multi-ignition and to obtain an optimal ignition coil free from ignition mistakes. That is, in the present invention, a more efficient multi-ignition ignition coil can be obtained by setting the charging time tL to 500 μS or less, the charging time tNL to 150 μS or less, and the ignition timing tFP from 50 to 100 μS during multi-ignition. This has been confirmed experimentally as shown in FIG.
また、別の条件として、1次抵抗を50〜300mΩ、中心鉄心部の断面積を100平方ミリメートル以下、1次コイルの巻き数を50乃至100ターン、1次コイルと2次コイルの巻数比を100乃至200とし、点火コイルの駆動電流を10乃至20Aとする。さらに閉磁路を形成するコアに無方向性珪素鋼板を使用した点火コイルにおいてはマグネットの逆磁気バイアスは1.2乃至1.6Tとし、方向性珪素鋼板を使用する場合では同逆磁気バイアスは1.6乃至2.0Tとすることが最適であることも確認されている。なお、近時の電源電圧(=バッテリ電圧)は14V程度と42Vが挙げられるが、上記実施例の電源電圧は特に14Vのシステムにおいて好適である。 As another condition, the primary resistance is 50 to 300 mΩ, the cross-sectional area of the central core is 100 square millimeters or less, the number of turns of the primary coil is 50 to 100 turns, and the turns ratio of the primary coil and the secondary coil is 100 to 200, and the driving current of the ignition coil is 10 to 20A. Further, in an ignition coil using a non-oriented silicon steel plate as a core forming a closed magnetic path, the reverse magnetic bias of the magnet is 1.2 to 1.6 T, and when using a directional silicon steel plate, the reverse magnetic bias is 1 It has also been confirmed that it is optimal to set to .6 to 2.0T. Note that the recent power supply voltage (= battery voltage) is about 14V and 42V, but the power supply voltage in the above embodiment is particularly suitable for a 14V system.
10、12 積層コア
20 マグネット
51 1次コイル
52 2次コイル
53 点火制御部
54 プラグギャップ
10, 12 Laminated
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