JP2012062798A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点火プラグにプラズマエネルギーを供給する電源回路を備えたプラズマ式点火装置において、電源回路100は、タンク用コンデンサ5を充電するDC/DCコンバータ
2と、コンバータ2の出力電圧を所定値に制限する電圧制限回路3と、コンバータ2の出力側に接続され、タンク用コンデンサ5によって充電されるPJ用コンデンサ9と、PJ用コンデンサとDC/DCコンバータとの間に接続され内燃機関の運転条件に応じてPJ用コンデン
サの充電期間を制御する高耐圧スイッチ6を備え、高耐圧スイッチの駆動信号に同期してPJ用コンデンサを充電するためのタンク用コンデンサ5の電圧制限値を切り替える。
【選択図】図1
Description
図10に前記特許文献1に記載の従来のプラズマ式点火装置の回路図、図11にそのタイミングチャートを示し、動作原理からかかる問題を説明する。
路100内のDC/DCコンバータ2が動作を開始し、タンク用コンデンサ5、PJ用コンデンサ9を充電する。
プラズマ電流PJ-I1が流れることでPJ用コンデンサ9に充電された電荷が抜け充電電圧VC1が0Vになる。
記の通りプラズマ電流PJ-I1が流れることでPJ用コンデンサ9に充電された電荷が抜け充
電電圧VC1が0Vになる。その後、時点t5〜t6においてタンク用コンデンサ5、PJ用コンデンサ9が充電されるが、高回転モードのため点火の周期が短くなる、つまりタンク用コンデンサ5、PJ用コンデンサ9の充電期間が短くなり、時点t6においてタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が電圧制限回路3の電圧制限値VCL2に到達できず、これによりPJ用コンデンサ9の充電電圧VC1も目標充電電圧VC1maxまで充電できない。
これにより、時点t6にて点火プラグ20に高電圧V2が印加され絶縁破壊を起し、放電開始
によりインピーダンスの低下した放電空間に電源回路100からプラズマエネルギーが与えられても、プラズマを噴出する際のプラズマエネルギーが目標プラズマエネルギーに対し低くなってしまうという問題がある。
前記電源回路は、直流電源に接続され、直流電圧を出力するDC/DCコンバータと、前記DC/DCコンバータの出力側に接続され、前記点火プラグの放電空間に前記プラズマを発生させるためのプラズマエネルギーを充電するPJ用コンデンサと、前記DC/DCコンバータの出力により充電され、所定時に前記PJ用コンデンサを充電するタンク用コンデンサと、前記タンク用コンデンサの充電電圧を設定するための、複数の異なる電圧制限値が設定され、前記DC/DCコンバータの出力電圧を所定値に制限する電圧制限回路、および、前記タンク用コンデンサと前記PJ用コンデンサとの間に設けられ、内燃機関の運転状態に対応した駆動信号によってオンオフ制御され、前記PJ用コンデンサの充電期間を制御する高耐圧スイッチを備え、前記電圧制限回路は、前記高耐圧スイッチの駆動信号に同期した制御信号によって、前記電圧制限値の設定値を切り替えるようにしたものである。
ことが出来る。
図1はこの発明の実施の形態1の内燃機関の点火装置の回路構成図である。図1において、実施の形態1の内燃機関の点火装置は、点火プラグ20と、点火プラグ20の放電空間に放電を発生させるため、ECU(電子制御ユニット)40からの点火信号Igtに基づき高電圧を発生させる点火回路30と、放電開始によりインピーダンスの低下した放電空間にプラズマエネルギーを与えてプラズマを噴出するためプラズマ電流PJ-I1を発生させる電
源回路100によって構成されている。
点火回路30と電源回路100は点火プラグ20に対し互いに並列に接続される。
用ダイオード4、タンク用コンデンサ5、高耐圧スイッチ6(ここではIGBTとする。以下
記載を省略)、ドライブ回路7、電流制限抵抗8、PJ用コンデンサ9、インダクタ10、
高圧ダイオード11により構成されている。
側と接続されている。整流用ダイオード4のアノード側は、電圧制限回路3の入力端子3bとタンク用コンデンサ5の高圧側と高耐圧スイッチ6のエミッタに接続されている。タンク用コンデンサ5の他端はGNDと接続されている。高圧スイッチ6のゲートはドライブ回路7の出力端子7bと、コレクタは電流制限抵抗8と接続されている。
ドライブ回路7の入力端子7aは電圧制限回路3の入力端子3cとECU40の出力端子4
0bと接続されている。電流制限抵抗8の他端はPJ用コンデンサ9の高圧側とインダクタ
10とに接続されている。PJ用コンデンサ9の他端はGNDと接続されている。
また、インダクタ10の他端は高圧ダイオード11のカソード側と、高圧ダイオード11のアノード側は点火プラグ20と接続されている。
図2において、電圧制限回路3の電圧制限値を第1の電圧制限値VCL2と第2の電圧制限値VCL2’(|VCL2|>|VCL2’|)に設定する。
ECU40から内燃機関の運転条件に対応して制御指令信号Sv1としてLowの電圧信号が電圧
制限回路3の入力端子3cに入力されている期間では、電圧制限回路3内のトランジスタ
304はオン状態であり、比較器309はタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が抵抗3
01、302、306、307、308とツェナーダイオード303により検出された検出電圧Vdと基準電圧Vth1を比較する。比較器309は検出電圧Vdが前記基準電圧Vth1未満になる、つまりタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が第1の設定電圧VCL2になると、電
圧制限回路3の出力端子3aからDC/DCコンバータ2にHighの電圧検出信号が供給される。これにより、DC/DCコンバータ2の動作を停止させる。
比較器309はタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が抵抗301、302、307、3
08とツェナーダイオード303により検出された検出電圧Vdと基準電圧Vth1を比較する。比較器309は検出電圧Vdが基準電圧Vth1未満になる、つまり、タンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が第2の設定電圧VCL2’になると、電圧制限回路3の出力端子3aから前記DC/DCコンバータ2にHighの電圧検出信号が供給される。
これにより、DC/DCコンバータ2の動作を停止させる。
オン状態となり、前記の通りDC/DCコンバータ2、タンク用コンデンサ5、電流制限抵抗8によりPJ用コンデンサ9を充電する。
これにより、ECU40からHighの電圧信号Sv1が供給されているタイミングのみ、PJ用コンデンサ9が充電されるため、PJ用コンデンサ9が充電されている期間を限定することがで
きる。
時点t1においてバッテリー電源1が供給されると、電源回路100内のDC/DCコンバータ2が動作を開始し、タンク用コンデンサ5を充電する。
この時、ECU40から電圧制限回路3の入力端子3c、およびドライブ回路7の入力端子7aにLowの電圧信号Sv1が入力される。これにより、上記の通り電圧制限回路3の電圧制限値はVCL2に設定される。
力端子7aにHighの電圧信号Sv1が入力される(例えば点火信号Igtの立上がりの数百μ秒後に設定する)と、上記の通り、電圧制限回路3の電圧制限値はPJ用コンデンサ9の過電圧
防止のためPJ用コンデンサ9の目標充電電圧VC1maxより若干高く設定されたVCL2’に切替えられ、また高耐圧スイッチ6がオン状態となりタンク用コンデンサ5からPJ用コンデンサ9へ充電が開始される。
ンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が電圧制限回路3の電圧制限値VCL2’に到達する。
時点t5において電圧信号Sv1がLowに切替る(例えば点火信号Igtの立下がりと同時と設定する)と、上記の通り電圧制限回路3の電圧制限値はVCL2に切替えられ、タンク用コンデ
ンサ5の充電を開始する。
プラズマ電流PJ-I1が流れることでPJ用コンデンサ9に充電された電荷が抜け充電電圧VC1が0Vになる。以後、時点t7〜t12においてこの動作を繰り返す。
また高耐圧スイッチ6がオンした際にタンク用コンデンサ5の電圧制限値をVCL2’に切替えることで、PJ用コンデンサ9の充電電圧VC1が目標充電電圧VC1maxで維持され、過電
圧になることを防止することが出来る。
この発明の実施の形態2の内燃機関の点火装置は、図1の実施の形態1の構成において、ECU40から出力される電圧信号Sv1を点火信号Igtとするものであり、この実施の形態2の各動作点でのタイミングチャートを図4に示す。なお、動作原理については上述の実施の形態1と同様であり説明は省略する。
図5は、この発明の実施の形態3の内燃機関の点火装置の回路構成図である。
この実施の形態3のプラズマ式点火装置は、図1に示した実施の形態1のプラズマ式点火装置に対し、電圧制限回路3に入力端子3dを、ECU40に出力端子40cを更に設け、ECU40の出力端子40cから電圧制限回路3の入力端子3dに電圧信号Sv2を更に入力することにより、高耐圧スイッチ6がオフ時のタンク用コンデンサ5の電圧制限値を多段(複数個)としたものであり、これを電圧制限回路3’、電源回路100’、ECU40’とする。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様のため説明を省略する。
図6において、電圧制限回路3’の電圧制限値を、第1の電圧制限値VCL3と第2の電圧制限値VCL3’と第3の電圧制限値VCL3’’(|VCL3’’|>|VCL3|>|VCL3’|)に設定する。
ECU40’から内燃機関の運転条件に対応して制御指令信号Sv1としてLowの電圧信号が
電圧制限回路3’の入力端子3cに入力され、制御指令信号Sv2としてLowの電圧信号が電
圧制限回路3’の入力端子3dに入力されている期間では、電圧制限回路3’内のトラン
ジスタ304はオン状態、トランジスタ316はオフ状態である。従って、比較器309は、タンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が抵抗301、302、306、307、30
8とツェナーダイオード303により検出された検出電圧Vdと、基準電圧Vth1とを比較する。
比較器309は検出電圧Vdが基準電圧Vth1未満になると、つまりタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が第1の設定電圧VCL3になると、電圧制限回路3の出力端子3aか
らDC/DCコンバータ2にHighの電圧検出信号を供給する。
これにより、DC/DCコンバータ2の動作を停止させる。
3dに入力されている期間では、電圧制限回路3’内のトランジスタ304はオフ状態、
トランジスタ316はオフ状態であり、電圧制限値がVCL3の時に対してVd地点のインピーダンスを上昇させることで、Vd地点からツェナーダイオード303へ流れる電流量を増加させ、電圧制限値をVCL3’に低下させる。よって、比較器309は、タンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が抵抗301、302、307、308とツェナーダイオード303に
より検出された検出電圧Vdと、基準電圧Vth1とを比較する。
比較器309は検出電圧Vdが基準電圧Vth1未満になると、つまりタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が第2の設定電圧VCL3’になると、電圧制限回路3’の出力端子3aからDC/DCコンバータ2にHighの電圧検出信号を供給する。
これにより、DC/DCコンバータ2の動作を停止させる。
態の時つまり制御指令信号Sv1としてLowの電圧信号が電圧制限回路3’の入力端子3cに入力され、制御指令信号Sv2としてHighの電圧信号が電圧制限回路3’の入力端子3dに
入力されている期間では、電圧制限回路3’内のトランジスタ304はオン状態
、トランジスタ316はオン状態であり、電圧制限値がVCL3の時に対してVd地点のインピーダンスを低下させることで、Vd地点からツェナーダイオード303へ流れる電流量を減少させ、電圧制限値をVCL3’’に上昇させる。よって、比較器309はタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が抵抗301、302、306、307、308、315とツェナーダイオード303により検出された検出電圧Vdと、基準電圧Vth1とを比較する。
比較器309は検出電圧Vdが前記基準電圧Vth1未満になると、つまりタンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が第1の設定電圧VCL3’’になると、電圧制限回路3’の出力端子3
aからDC/DCコンバータ2にHighレベルの電圧検出信号を供給する。
これにより、DC/DCコンバータ2の動作を停止させる。
時点t1においてバッテリー電源1が供給されると、電源回路100’内のDC/DCコンバータ2が動作を開始し、タンク用コンデンサ5を充電する。この時、ECU40’から電圧制限回路3’の入力端子3cおよびドライブ回路7の入力端子7aにLowの電圧信号Sv1が、電圧制限回路3’の入力端子3dにLowの電圧信号Sv2が入力される。
これにより上記の通り電圧制限回路3’の電圧制限値はVCL3に設定される。
する)が、電圧制限回路3’の入力端子3dにLowの電圧信号Sv2が入力されると、上記の
通り電圧制限回路3’の電圧制限値はVCL3’に切替えられ、また高耐圧スイッチ6がオン状態となり、タンク用コンデンサ5からPJ用コンデンサ9へ充電が開始される。
ンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が電圧制限回路3’の電圧制限値VCL3’に到達する。
時点t5において電圧信号Sv1がLowに切替る(例えば点火信号Igtの立下がりと同時と設定する)と、上記の通り電圧制限回路3’の電圧制限値はVCL3に切替えられ、タンク用コン
デンサ5の充電を開始する。
以後、時点t7〜t12においてこの動作を繰り返す。
これにより、上記の通り電圧制限回路3’の電圧制限値は前記VCL3’’に設定される。
の入力端子7aにHighの電圧信号Sv1(例えば点火信号Igtの立上がりの数百μ秒後に設定する)が、電圧制限回路3’の入力端子3dにLowの電圧信号Sv2が入力されると、上記の通り電圧制限回路3’の電圧制限値はVCL3’に切替えられ、また高耐圧スイッチ6がオン状態となりタンク用コンデンサ5からPJ用コンデンサ9へ充電が開始される。
時点t17において電圧信号Sv1がLowに、電圧信号Sv2がHighに切替る(例えば点火信号Igtの立下がりと同時と設定する)と、上記の通り電圧制限回路3’の電圧制限値はVCL3’’
に切替えられ、タンク用コンデンサ5の充電を開始する。
ンサ5の電圧制限値を多段とし、エンジン回転数に応じてタンク用コンデンサ5の電圧制限値を切り替えることによって、低回転時には点火信号のHigh期間が長いためタンク用コンデンサ5の電圧制限値を高回転時に比べ低く設定することにより、電源回路100’内のDC/DCコンバータ2の動作時間を減らし、回路消費電流および発熱を抑制することが出
来る効果がある。
図8は、この発明の実施の形態4の内燃機関の点火装置の回路構成図である。
この実施の形態4のプラズマ式点火装置は、図1に示した実施の形態1のプラズマ式点火装置に対し、ECU40に出力端子40c、40dを更に設け、これをECU40’’とし、電源回路100内にそれぞれ2セットの高耐圧スイッチ6、6’、ドライブ回路7、7’、電流制限抵抗8、8’、PJ用コンデンサ9、9’、インダクタ10、10’、高圧ダイオード11、11’を配置し、これを電源回路100’’とし、PJ用コンデンサ9の容量値>PJ用コンデンサ9’の容量値としている。
また、ECU40’’の出力端子40b、40cからドライブ回路7、7’の入力端子7a、7’aに、制御指令信号Sv3、Sv4を運転条件に応じて選択的に入力することで、PJ用コンデンサ9あるいはPJ用コンデンサ9’を選択し、プラズマエネルギ−を可変とし、選択されたPJ用コンデンサ9あるいはPJ用コンデンサ9’に応じて、ECU40’’の出力端子40dから電圧制限回路3の入力端子3cに制御指令信号Sv5を入力することで、高耐圧スイッチ6、6’がオフ時のタンク用コンデンサ5の電圧制限値を可変としたものである。
また電圧制限回路3は図2にて説明したものと同様であり、その他の構成についても実施の形態1と同様のため説明を省略する。
時点t1においてバッテリー電源1が供給されると、電源回路100’’内のDC/DCコンバータ2が動作を開始し、タンク用コンデンサ5を充電する。
この時、ECU40’’から電圧制限回路3の入力端子3cおよびドライブ回路7、7’の入力端子7a、7’aにそれぞれLowの電圧信号Sv3、Sv4、Sv5が入力される。また、実施の形
態1の動作と同様に、電圧制限回路3の電圧制限値はVCL2に設定される。
例えば点火信号Igtの立上がりの数百μ秒後に設定する)が入力され、ドライブ回路7の入力端子7aにHighの電圧信号Sv3(例えば点火信号Igtの立上がりの数百μ秒後に設定する)
が入力され、ドライブ回路7’の入力端子7’aにLowの電圧信号Sv4が入力されると、電
圧制限回路3の電圧制限値はVCL2’に切替えられ、また、高耐圧スイッチ6がオン状態となり、タンク用コンデンサ5からPJ用コンデンサ9へ充電が開始される。
ンク用コンデンサ5の充電電圧VC2が電圧制限回路3の電圧制限値VCL2’に到達する。
時点t5において電圧信号Sv3とSv5がLowに切替る(例えば点火信号Igtの立下がりと同時
と設定する)と前記電圧制限回路3の電圧制限値は前記VCL2に切替えられタンク用コンデンサ5の充電を開始する。
る。プラズマ電流PJ-I1が流れることで、PJ用コンデンサ9に充電された電荷が抜け充電
電圧VC1が0Vになる。
以後、時点t7〜t12においてこの動作を繰り返す。
これにより、電圧制限回路3の電圧制限値はVCL2’に設定される。
定する)が、電圧制限値はVCL2’に設定されたままであり、DC/DCコンバータ2の動作は
停止したままである。
サ9(9’)と高耐圧スイッチ6(6’)との直列接続体を、複数セット、タンク用コンデンサ5と並列に接続し、各直列接続体におけるPJ用コンデンサ9と9’の容量値を異ならせ、内燃機関の運転状態に対応していずれかのPJ用コンデンサを選択すると共に、選択されたPJ用コンデンサの容量値に応じて高耐圧スイッチがオフ時のタンク用コンデンサ5の電圧制限値を可変としたので、PJ用コンデンサの容量値が小さい時には高耐圧スイッチがオフ時のタンク用コンデンサの電圧制限値をPJ用コンデンサの容量値が大きい時の電圧制限値よりも低く設定することにより、電源回路100’’内のDC/DCコンバータの動作時間を減らし、回路消費電流および発熱を抑制することが出来る。
4 整流用ダイオード、5 タンク用コンデンサ、6、6’ 高耐圧スイッチ、
7、7’ドライブ回路、8、8’ 電流制限抵抗、9、9’ PJ用コンデンサ、
10、10’ インダクタ、11、11’ 高圧ダイオード、20 点火プラグ、
30 点火回路、31 点火コイル、32 スイッチング素子(IGBT)、
33 ドライブ回路、34 整流用ダイオード、40、40’、 40’’ ECU、
100、100’、 100’’ 電源回路。
Claims (4)
- プラズマ放電式の点火プラグと、点火信号に基づいて前記点火プラグに放電電圧を供給する点火コイルと、前記点火プラグに並列接続され、前記点火プラグの放電開始時に前記点火プラグの放電空間にプラズマを発生させるためのプラズマエネルギーを供給する電源回路を備えた内燃機関の点火装置であって、
前記電源回路は、直流電源に接続され、直流電圧を出力するDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータの出力側に接続され、前記点火プラグの放電空間に前記プラズマを発生させるためのプラズマエネルギーを充電するPJ用コンデンサと、
前記DC/DCコンバータの出力により充電され、所定時に前記PJ用コンデンサを充電するタンク用コンデンサと、
前記タンク用コンデンサの充電電圧を設定するための、複数の異なる電圧制限値が設定され、前記DC/DCコンバータの出力電圧を所定値に制限する電圧制限回路、および、
前記タンク用コンデンサと前記PJ用コンデンサとの間に設けられ、内燃機関の運転状態に対応した駆動信号によってオンオフ制御され、前記PJ用コンデンサの充電期間を制御する高耐圧スイッチを備え、
前記電圧制限回路は、前記高耐圧スイッチの駆動信号に同期した制御信号によって、前記電圧制限値の設定値を切り替えるようにしたことを特徴とする内燃機関の点火装置。 - 前記高耐圧スイッチの駆動信号として、前記点火プラグの点火信号を利用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。
- 前記電圧制限回路は、前記高耐圧スイッチがオフ時の電圧制限値を多段とし、エンジンの回転数に応じて電圧制限値を切替えるようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の点火装置。
- 前記電圧制限回路は、前記PJ用コンデンサと前記高耐圧スイッチとの直列接続体を、複数セット前記タンク用コンデンサと並列に接続し、各直列接続体におけるPJ用コンデンサの容量値を異ならせ、内燃機関の運転状態に対応していずれかのPJ用コンデンサを選択すると共に、選択された前記PJ用コンデンサの容量値に応じて前記高耐圧スイッチがオフ時の前記タンク用コンデンサの電圧制限値を切り替えるようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の点火装置。
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