JP2010174644A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2次側に点火プラグ8が接続された点火コイル5と、点火プラグ8に流れる電流を測定する電流検出手段9と、点火コイル5の1次側の一端と直流電源1の間に設けられたエネルギ蓄積コイル2と、前記一端とアース間に設けられた第1のスイッチ手段3と、点火コイル5の1次側に接続された第2のスイッチ手段7と、燃焼行程において電流検出手段9で測定された電流信号が正極性となるフライバック期間と負極性となるフォワード期間が交互に現れるように、第1、第2のスイッチ手段3、7のオン/オフ制御を行う制御手段10とを備え、制御手段10は、フライバック期間とフォワード期間における電流信号の各積分値の絶対値の差よりも、次の燃焼行程における両者の差の方が小さくなるように、次の燃焼行程における両期間を定める。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、エネルギ蓄積コイルとエネルギ蓄積コイルに接続された第1のスイッチ手段とが設けられ、点火コイルの1次側コイルにエネルギ蓄積コイルと点火開始用コンデンサ、及び第2のスイッチ手段が接続されるとともに、点火コイルの2次側コイルに点火プラグが接続される構成が開示されている。
点火プラグに流れる電流を測定する電流検出手段と、点火コイルの1次側の一端と直流電源の間に設けられたエネルギ蓄積コイルと、前記一端とアース間に設けられた第1のスイッチ手段と、点火コイルの1次側に接続された第2のスイッチ手段と、燃焼行程において電流検出手段で測定された電流信号が正極性となるフライバック期間と負極性となるフォワード期間が交互に現れるように、第1のスイッチ手段と第2のスイッチ手段のオン/オフ制御を行う制御手段とを備えている。
また、制御手段は、電流信号についての前記フライバック期間とフォワード期間とにおける各積分値の絶対値の差よりも、電流信号についての次の燃焼行程におけるフライバック期間とフォワード期間とにおける各積分値の絶対値の差の方が小さくなるように、次の燃焼行程のフライバック期間とフォワード期間とを定めることを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態1における内燃機関の点火装置の構成を示す図である。
本図において、バッテリやDC/DCコンバータなどの直流電源1には、エネルギ蓄積コイル2の一端が接続されており、このエネルギ蓄積コイル2の他端には、第1のスイッチ手段3が接続されている。エネルギ蓄積コイル2のこの他端には、さらにダイオード4を介して点火コイル5の1次側の一端からの配線も接続されており、点火コイル5の1次側の一端には点火開始用コンデンサ6の一端も接続され、点火開始用コンデンサ6の他端はアースに接続されている。また、点火コイル5の1次側の他端には、第2のスイッチ手段7が接続されているが、この第2のスイッチ手段7は点火コイル5の1次側の一端とダイオード4間に直列に接続されるものであってもよい。ここで第1のスイッチ手段3、第2のスイッチ手段7には、IGBTやFET、バイポーラトランジスタなどが使用可能である。
このグラフにおいて、GS1、GS2は、タイミング制御回路15で生成された第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7のオン/オフを制御するゲート信号であり、VCは点火開始用コンデンサ6の充電電圧、ILはエネルギ蓄積コイルに流れる電流、IT1は点火トランス5の1次側電流、I0は放電電流を各々示す。
(IL−IP)/Nr (式1)
の電流を流すことができる。上記のように励磁インダクタンスLPに電流IPを蓄積する動作のことをフォワード動作と呼び、このフォワード動作を行う期間のことを「フォワード期間」と呼ぶ。
時刻t3のタイミングは、多重放電期間信号Cont3が立ち上がる時刻となるが、このCont3はECUなど外部回路から与えてもよいし、タイミング制御回路15で生成してもよい。タイミング制御回路15で生成する場合、時刻t2から時刻t3までの時間を、あらかじめ定められた所定の時間としてもよいし、放電電流I0を測定して、その絶対値が所定の値まで下がった時刻をt3と定めてもよい。
このときの電流値は、励磁電流の2次側換算値、すなわち
−(IL−IP)/Nr (式2)
である。ここで点火コイル5の動作に着目し、t3〜t4の期間は点火コイル5の励磁インダクタンスLPに蓄積された励磁電流IPを放出する、いわゆるフライバック動作を行う期間であるので、「フライバック期間」と呼ぶこととする。
多重放電期間中は、前述のとおり点火コイル5の2次側にはフライバック期間とフォワード期間とで極性反転する放電電流I0が流れ、点火プラグ8に放電エネルギを供給している。先に説明した通り、燃料の圧縮比と点火プラグ8の放電ギャップ長を一定に保てば、放電開始後の点火プラグ8に発生する電圧を一定に保つことができるため、フライバック期間に流れる正極性の放電電流の積分値の絶対値とフォワード期間に流れる負極性の放電電流の積分値の絶対値との差を小さくすることができれば、両期間における放電エネルギの差も小さくすることができる。このことにより、両期間における燃料ガスに付与される放電エネルギの時間的変動を小さくでき、多重放電期間中に安定した燃焼を実現することができる。
電流信号は積分器11に送られ多重期間信号Cont3がオンとなっている期間中のみ積分を行う。フライバック期間とフォワード期間の各々の期間における電流は互いに逆極性であるため、この積分により両期間における電流積分値の絶対値の差を得ることができる。積分器11にはオペアンプで構成した積分回路とホールド回路を組み合わせたものや、ロジック回路やマイクロプロセッサを用いCont3信号がオンとなっている期間のみ電流信号を加算する方式のものなどを用いることができる。
積分器11による積分結果は調節器12に送出されるが、この調整器12においては、上記フィードバック制御系において複数回の燃焼行程を経るにつれて電流積分値の絶対値の差分が安定的に収束するように、制御系のタイプ(比例[P]/積分[I]/微分[D])の選定又は組み合わせ、及びこの制御系における各制御定数(ゲイン、時定数)が適宜定められたものが用いられる。
例えば図3の(b)に示すように、D=50%にて多重放電させた時に、期間TBの電流積分値の絶対値の総和と期間TFの電流積分値の絶対値の総和が等しかったとする。この条件から、図3の(a)のようにTFの長さを長く、すなわちデューティDを上げると、期間TFにおけるエネルギ蓄積コイル2から励磁インダクタンスLPに流れ込む電流が増え、点火コイル5に蓄えられるエネルギが増加するため、次の期間TBの電流I0のピーク値は大きくなる。一方、周期Tが固定されているためTFが長くなった分TBは短くなり、その間に点火コイル5で減少する電流量も小さくなるので、次の期間TFにおける電流I0のピーク値は小さくなる。
すなわち、負極性の電流I0による放電エネルギ(フォワード期間のエネルギ)を増大させたい時は、デューティ(フォワード期間の割合)を増やすのではなく、逆に減らさなければならないことを見出した。
例えば、フォワード期間の電流積分値の絶対値がフライバック期間の電流積分値の絶対値よりも大きかった場合、すなわち積分器11からの出力が負である場合には、次の燃焼行程において両積分値の差が小さくなるようにデューティを上げ、フォワード期間が長くなるようにタイミングを設定する。
逆にフォワード期間の電流積分値の絶対値がフライバック期間の電流積分値の絶対値よりも小さかった場合、すなわち積分器11からの出力が正である場合には、次の燃焼行程において両積分値の差が小さくなるようにデューティを下げ、フォワード期間が短くなるようにタイミングを設定する。
あるいは、制御回路10に備えた不揮発性のメモリまたは電子制御ユニット(ECU)などの外部回路にエンジン動作時または停止直前のデューティ情報を記録しておき、一度エンジンを停止した後、再度エンジンを始動させる際に、記録したデューティを読み出して初期値として利用しても良い。このようにデューティの初期値を設定することにより、エンジンスタート直後からすぐに燃焼を安定化させることが可能となる。
図4は本発明の実施の形態2における内燃機関の点火装置の構成を示す。実施の形態1との相違点は、制御手段16において、極性分離回路17を設け電流検出手段9から入力された電流信号を正極性と負極性に分離を行い、積分器18を正極性(フライバック期間)用のものと負極性(フォワード期間)用のものと2回路有するものとし、この積分器18からの2つの出力が入力され、フライバック期間とフォワード期間における電流積分値の絶対値の差を求める比較器19を設け、調整器20においては各電流積分値の絶対値の差だけでなく、各電流積分値そのものも用いて各制御定数を定めるようにした点である。
その他の構成、及び動作については、実施の形態1と同じであるため説明を省略する。
1回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせる多重放電型点火装置においては、トータルの放電エネルギが小さすぎると点火が起こらない、又は安定的に点火が継続しないという問題があり、逆に大きすぎると放電エネルギの無駄になり、点火プラグに与えるダメージも大きくなることになることから、放電エネルギには最適値が存在する。
点火装置を設けたエンジンの燃焼試験において、エンジン回転速度、アクセル操作量に対して、多重放電期間の長さを変化させながら燃焼室内における燃焼状況を観察し、適正な燃焼状態が確保できる最低限の放電エネルギを実験的に求めることにより、上記放電エネルギの最適値を得ることができる。
2 エネルギ蓄積コイル
3 第1のスイッチ手段
5 点火コイル
7 第2のスイッチ手段
8 点火プラグ
9 電流検出手段
10 制御手段
16 制御手段
17 極性分離回路
18 積分器
19 比較器
21 制御手段
Claims (4)
- 2次側に点火プラグが接続された点火コイルと、
前記点火プラグに流れる電流を測定する電流検出手段と、
前記点火コイルの1次側の一端と直流電源の間に設けられたエネルギ蓄積コイルと、
前記一端とアース間に設けられた第1のスイッチ手段と、
前記点火コイルの1次側に接続された第2のスイッチ手段と、
燃焼行程において前記電流検出手段で測定された電流信号が正極性となるフライバック期間と負極性となるフォワード期間が交互に現れるように、前記第1のスイッチ手段と前記第2のスイッチ手段のオン/オフ制御を行う制御手段と
を備えた内燃機関の点火装置であって、
前記制御手段は、前記電流信号についての前記フライバック期間とフォワード期間とにおける各積分値の絶対値の差よりも、前記電流信号についての次の燃焼行程におけるフライバック期間とフォワード期間とにおける各積分値の絶対値の差の方が小さくなるように、次の燃焼行程のフライバック期間とフォワード期間とを定める
内燃機関の点火装置。 - 制御手段は、
フライバック期間の電流信号の積分値の絶対値がフォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも大きい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を長くするように制御し、
前記フライバック期間の前記電流信号の積分値の絶対値が前記フォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも小さい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を短くするように制御することを特徴とする
請求項1に記載の内燃機関の点火装置。 - 制御手段は、
フライバック期間の電流信号とフォワード期間の電流信号とに分離する極性分離回路と、
前記電流信号についての前記フライバック期間と前記フォワード期間とにおける各積分値を算出する積分器と、
前記各積分値の絶対値の差を求める比較器と、
前記各積分値と前記差に基づいて、次の燃焼行程におけるフライバック期間とフォワード期間とを定めるタイミング制御回路と
を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の点火装置。 - 制御手段は、
多重放電期間における電流信号の絶対値の積分値の総和と最適電流積分値との差よりも、次の燃焼行程の多重放電期間における電流信号の絶対値の積分値の総和と最適電流積分値との差の方が小さくなるように、次の燃焼行程の多重放電期間を定めることを特徴とする
請求項3に記載の内燃機関の点火装置。
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