JP2014070507A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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本発明は、自動車等の内燃機関用の点火装置に関し、特に、内燃機関の燃焼により発生するイオン電流を検出する点火装置に関するものである。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine such as an automobile, and more particularly to an ignition device that detects an ionic current generated by combustion of an internal combustion engine.
従来より、1次コイルと2次コイルが電磁結合されてなる内燃機関用の点火装置において、内燃機関のシリンダ内に供給した空気及び燃料の混合気を、点火プラグの放電により燃焼させ、燃焼時のシリンダ内のイオン化した分子を点火プラグに高電圧を印加することでイオン電流を検出するイオン電流検出回路を備えたものがあり、検出したイオン電流から当該内燃機関の燃焼状態を判定している。このような点火装置の回路構成としては、例えば特開2008−070896号公報(以下「特許文献1」)が知られている。 Conventionally, in an ignition device for an internal combustion engine in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, an air / fuel mixture supplied into the cylinder of the internal combustion engine is burned by discharge of a spark plug, Some of them have an ion current detection circuit that detects ion current by applying a high voltage to the ignition plug with the ionized molecules in the cylinder, and the combustion state of the internal combustion engine is determined from the detected ion current . As a circuit configuration of such an ignition device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-070896 (hereinafter referred to as “Patent Document 1”) is known.
上記特許文献1とする内燃機関用の点火装置の回路図を図6に示す。図6において特許文献1では、昇圧トランスから構成される点火コイル201の1次側には、1次電流を断続するイグナイタ202が接続され、前記点火コイル201の2次側にイオン電流検出部204が接続され、前記点火コイル201の2次側には点火プラグ203が接続される。また、前記イオン電流検出部204はイオン電流検出用電圧を形成する、ツェナダイード242とコンデンサ243と、前記イオン電流検出用の電圧を充電するための電流を流す第1のダイオード244と、イオン電流を流す第2のダイード245と抵抗246と、イオン電流を増幅するアンプ247と、増幅ゲインを設定するゲイン抵抗241からなる。さらに、前記イオン電流検出部204の出力は比較部205に接続され、前記比較部205は燃焼判定基準レベル電圧251と、コンパレータ252で構成されている。また、前記比較部205の出力は、エンジン制御部に接続されている点火コイルが提案されている。
FIG. 6 shows a circuit diagram of the ignition device for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1. 6, in Patent Document 1, an
しかしながら、上記従来の内燃機関用の点火装置では次のような問題が発生している。即ち、特許文献1では、内燃機関の燃焼後にシリンダ内に発生するイオン電流を点火プラグから2次コイルを介して検出する構成としているが、オルタネータ等から生じるノイズが1次コイルに供給される電力に重畳してしまうと、1次コイルにノイズ振幅を有した電源電圧が2次コイルに誘導し、イオン電流にノイズが重畳してしまう問題が生じる。具体的には、1次コイルと2次コイルは電磁誘導を発生させる構成としており、1次コイルはイグナイタへの点火信号の有無に関係なく、1次コイルに電源電圧が印加している。その結果、イオン電流が2次コイルを通過時に1次コイルの電源変動が2次コイルに誘導してしまい、2次コイルを経路とするイオン電流にノイズが重畳する。 However, the above-described conventional ignition device for an internal combustion engine has the following problems. That is, in Patent Document 1, the ionic current generated in the cylinder after combustion of the internal combustion engine is detected from the spark plug through the secondary coil, but the noise generated from the alternator or the like is supplied to the primary coil. If it is superimposed on the power supply voltage, a power supply voltage having a noise amplitude in the primary coil is induced in the secondary coil, and noise is superimposed on the ionic current. Specifically, the primary coil and the secondary coil are configured to generate electromagnetic induction, and the power supply voltage is applied to the primary coil regardless of the presence or absence of an ignition signal to the igniter. As a result, when the ionic current passes through the secondary coil, the power supply fluctuation of the primary coil is induced in the secondary coil, and noise is superimposed on the ionic current passing through the secondary coil.
図5は燃焼によってシリンダ内に発生するイオン波形のタイムチャートである。図5において、X軸は時間を、Y軸はイオン波形の大きさを示す。また、シリンダ内で発生するイオン波形を実線で示す。図5の実線のようにイオン波形はピーク値まで上昇し、その後減少していくが、オルタネータの駆動時は、オルタノイズがイオン波形に重畳していることが示されており、このようなノック信号及びオルタノイズ信号は似ているため、ノック信号とオルタノイズ信号を正確に見極めることが困難である。これより、イオン電流にノイズが重畳すると、イオン電流の波形から内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズをノックと誤判定してしまう。本来はノックと判定されると、イグナイタへの点火信号又はインジェクターへの燃料噴射信号の調整を行い、内燃機関に発生するノックを抑制するが、正常な燃焼を行っている内燃機関に対してこのような制御を行うと、内燃機関の燃焼効率や燃費の悪化が起こる。 FIG. 5 is a time chart of an ion waveform generated in the cylinder by combustion. In FIG. 5, the X axis represents time, and the Y axis represents the magnitude of the ion waveform. The ion waveform generated in the cylinder is shown by a solid line. As shown by the solid line in FIG. 5, the ion waveform rises to the peak value and then decreases. However, when the alternator is driven, it is shown that the alternator noise is superimposed on the ion waveform. Since the signal and the alternator signal are similar, it is difficult to accurately determine the knock signal and the alternator signal. Thus, when noise is superimposed on the ion current, the noise is erroneously determined to be knock when determining the combustion state of the internal combustion engine from the waveform of the ion current. If it is originally determined that the engine is knocked, the ignition signal to the igniter or the fuel injection signal to the injector is adjusted to suppress the knock generated in the internal combustion engine. When such control is performed, the combustion efficiency and fuel consumption of the internal combustion engine deteriorate.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、オルタネータ等から生じるノイズが1次コイルに供給される電力に重畳し、イオン電流波形に悪影響を及ぼすことを防ぎ、イオン電流の波形から内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズ成分をノックと誤判定することのない内燃機関用の点火装置を提供することを目標とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and prevents noise generated from an alternator or the like from being superimposed on the power supplied to the primary coil to adversely affect the ion current waveform, and the combustion of the internal combustion engine from the ion current waveform. It is an object of the present invention to provide an ignition device for an internal combustion engine that does not erroneously determine that a noise component is knocked when determining the state.
上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項1の発明においては、1次コイルと2次コイルが電磁結合されてなるコイル部と、当該1次コイルへの通電のON・OFFを切り替えるイグナイタと、前記2次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、前記イグナイタに点火信号を供給するECUと、イオン電流を検出するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の点火装置において、前記1次コイルの低圧側と前記1次コイルへ電力を供給する電源との間には、スイッチング素子が備えられ、前記スイッチング素子は、少なくとも前記2次コイルにイオン電流が流れる期間はOFFされることを特徴とする内燃機関用の点火装置とする。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows. That is, according to the first aspect of the present invention, a coil portion in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, an igniter that switches ON / OFF of energization to the primary coil, and a high frequency from the secondary coil. In an ignition device for an internal combustion engine, comprising: an ignition plug that discharges a voltage; an ECU that supplies an ignition signal to the igniter; and an ion current detection circuit that detects an ion current; An ignition for an internal combustion engine, wherein a switching element is provided between a power source for supplying power to the secondary coil, and the switching element is turned off at least during a period in which an ion current flows through the secondary coil. A device.
上記構成においては、前記スイッチング素子は、前記イグナイタに点火信号が供給されると同時にONされると共に、前記イグナイタに供給されている点火信号が遮断されると同時にOFFされる構成としてもよい。また、前記スイッチング素子は、前記ECUからの信号によりON・OFFを切り替えられる構成としてもよいし、前記スイッチング素子は、トランジスタ、サイリスタ又はリレーから構成してもよい。さらに、前記ECUは、前記イオン電流検出回路が検出したイオン電流から内燃機関の燃焼状態を判定してもよい。 In the above configuration, the switching element may be turned on at the same time as an ignition signal is supplied to the igniter and turned off at the same time as the ignition signal supplied to the igniter is shut off. The switching element may be configured to be turned on and off by a signal from the ECU, and the switching element may be configured from a transistor, a thyristor, or a relay. Further, the ECU may determine the combustion state of the internal combustion engine from the ion current detected by the ion current detection circuit.
上記の通り、1次コイルと2次コイルが電磁結合されてなるコイル部と、1次コイルへの通電のON・OFFを切り替えるイグナイタと、2次コイルからの高電圧を放電する点火プラグと、イグナイタに点火信号を供給するECUと、点火プラグに発生するイオン電流を検出するイオン電流検出回路と、を備えた内燃機関の点火装置において、1次コイルの低圧側と1次コイルへ電力を供給する電源との間には、スイッチング素子が備えられ、スイッチング素子は、イグナイタに点火信号が供給されると同時にONされると共に、イグナイタに供給されている点火信号が遮断されると同時にOFFされることで、イグナイタへの点火信号が遮断されている間、1次コイルへの電源電圧も遮断され、イオン電流が2次コイルを通過時に1次コイルの電源変動が発生せず、2次コイルに誘導してしまうことで生じるイオン電流へのノイズの重畳を防ぐことができ、内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズ成分をノックと誤判定することのない内燃機関用の点火装置が実現できる。 As described above, a coil portion in which the primary coil and the secondary coil are electromagnetically coupled, an igniter that switches ON / OFF of energization to the primary coil, an ignition plug that discharges a high voltage from the secondary coil, In an ignition device for an internal combustion engine having an ECU that supplies an ignition signal to an igniter and an ion current detection circuit that detects an ion current generated in an ignition plug, power is supplied to the low voltage side of the primary coil and the primary coil A switching element is provided between the power source and the switching element. The switching element is turned on at the same time as the ignition signal is supplied to the igniter and is turned off at the same time as the ignition signal supplied to the igniter is shut off. Thus, while the ignition signal to the igniter is cut off, the power supply voltage to the primary coil is also cut off, and when the ionic current passes through the secondary coil, the primary coil No power fluctuation occurs and noise can be prevented from being superimposed on the ionic current caused by induction to the secondary coil. When determining the combustion state of the internal combustion engine, the noise component is erroneously determined as knocking. An ignition device for an internal combustion engine that does not occur can be realized.
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図1乃至図4に基づいて説明する。 Hereinafter, an example showing the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の実施例とする内燃機関用の点火装置の回路図を示す図を図1に、点火装置の1次コイルへの充電時の動作を示す図を図2に、点火装置の2次コイルからの放電時の動作を示す図を図3に、点火装置のイオン電流検出時の動作を示す図を図4にそれぞれ示す。 FIG. 1 is a diagram showing a circuit diagram of an ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an operation during charging of a primary coil of the ignition device, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the operation at the time of discharging from the battery, and FIG.
図1において、内燃機関用の点火装置100は、コイル部、イグナイタ60、及び、イオン電流検出回路90から構成されている。当火コイル部は1次巻線を巻き回した1次コイル10と、2次巻線を巻き回した2次コイル20と、珪素鋼板からなる鉄芯30と、を電磁結合して構成されている。また、当該イグナイタ60はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)から構成されている。さらに、当該イオン電流検出回路90は、ツェナーダイオード92a、2つのダイオード92b,92c、コンデンサ94、オペアンプ96、及び、2つの抵抗98a,98bと、から構成されている。
In FIG. 1, an
また、前記2次コイル20の高圧側は、内燃機関のシリンダ内に放電を行うと共に、内燃機関の燃焼によって電極間に発生するイオン電流を検出する点火プラグ50の中心電極と接続し、当該点火プラグ50の側方電極は、車体側に配備されるグランドに接続されている。さらに、前記2次コイル20の低圧側は、前記イオン電流検出回路90と接続され、前記ツェナーダイオード92aのカソード端子と接続されている。
The high-voltage side of the
また、前記ツェナーダイオード92aのアノード端子は、前記ダイオード92bのアノード端子と接続されている。さらに、前記ダイオード92bのカソード端子はグランドと接続されている。
The anode terminal of the Zener
また、前記コンデンサ94は、前記ツェナーダイオード92aと並列に接続される。さらに、前記コンデンサ94のプラス端子は、前記ツェナーダイオード92bのカソード端子と接続され、マイナス端子は、前記ツェナーダイオード92aのアノード端子と接続される。
The
また、前記抵抗98aは、前記コンデンサ94のマイナス端子と接続され、前記抵抗98aの前記コンデンサ94と接続される反対側は、前記オペアンプ96の反転入力端子と接続されている。さらに、前記オペアンプ96の反転入力端子と前記抵抗98aとの接続部は、前記ダイオード92cのカソード端子と接続され、前記ダイオード92cのアノード端子は、グランドと接続されている。
The
また、前記抵抗98bは、前記オペアンプ96の反転入力端子と出力端子と並列に接続される。さらに、前記オペアンプ96の正電源端子は、電源と接続されることで電力の供給を受け、前記オペアンプ96の非反転入力端子及び負電源端子は、グランドと接続される。
The
また、前記ツェナーダイオード92aは、ブレークダウン電圧が270Vのツェナーダイオードとなっており、前記ツェナーダイオード92aのブレークダウン電圧の値によって前記コンデンサ94に充電される電圧が270Vに制限されている。
The
また、前記1次コイル10と自動車のバッテリからなる電源40との間にトランジスタからなるスイッチング素子70が備えられる。前記電源40のプラス側は、当該スイッチング素子70のコレクタ端子と接続され、当該スイッチング素子70のエミッタ端子は、前記1次コイル10の低圧側と接続されている。さらに、前記1次コイルの高圧側は、前記イグナイタ60のコレクタ端子と接続されている。
Further, a switching
また、前記イグナイタ60のエミッタ端子は、グランドと接続されている。さらに、前記イグナイタ60のゲート端子及び前記スイッチング素子70のベース端子は、自動車のエンジンECU80と接続され、当該エンジンECU80は、前記イグナイタ60のゲート端子へ点火信号を供給すると共に、前記スイッチング素子70のベース端子へ通電信号を供給している。
The emitter terminal of the
次に、図2から、点火装置の1次コイルへの充電時の動作説明をする。 Next, the operation at the time of charging the primary coil of the ignition device will be described with reference to FIG.
図2において、前記エンジンECU80から前記イグナイタ60のゲート端子に対して点火信号が入力されると共に、前記スイッチング素子70のベース端子に対して通電信号が入力されると、前記イグナイタ60のゲート・エミッタ間に一点鎖線矢印に示すようにゲート電流が流れる。すると、前記イグナイタ60のコレクタ・エミッタ間及び前記スイッチング素子70のコレクタ・エミッタ間が通電される。
In FIG. 2, when an ignition signal is input from the
その結果、図2の一点鎖線矢印に示すように、前記電源40→前記スイッチング素子70→前記1次コイル10→前記イグナイタ60の経路で1次電流I1が流れる。また、前記エンジンECU80から前記イグナイタ60及び前記スイッチング素子70に対する信号のON・OFFは同時に行われ、前記イグナイタ60に対してONの時は、前記スイッチング素子70に対してもONとなり、前記イグナイタ60に対してOFFの時は、前記スイッチング素子70に対してもOFFとなる。
As a result, a primary current I 1 flows through the path of the
次に、図3から点火装置の2次コイルからの放電時の動作説明をする。 Next, the operation at the time of discharging from the secondary coil of the ignition device will be described with reference to FIG.
図3において、前記ECU80から前記イグナイタ60のゲート端子に対する点火信号が遮断されると共に、前記スイッチング素子70のベース端子に対する通電信号が遮断されると、前記1次コイル10に流れていた1次電流I1が電磁誘導によって前記2次コイル20に逆起電力を発生させる。その結果、図3の一点鎖線矢印に示すように、前記点火プラグ50→前記2次コイル20→前記ツェナーダイオード92a→前記ダイオード92bの経路で2次電流I2が流れる。また、前記コンデンサ94は、前記ツェナーダイオード92aのブレークダウン電圧と対応して充電される。
In FIG. 3, when the ignition signal from the
次に、図4から点火装置のイオン電流検出時の動作説明をする。 Next, the operation of the ignition device when detecting the ion current will be described with reference to FIG.
図4において、前記点火プラグ50からの放電が終息していくと、上記図3の2次コイルからの放電時に充電された前記コンデンサ94の両端電圧をバイアス電源として、図4の一転鎖線矢印に示すように、前記抵抗98b→前記抵抗98a→前記コンデンサ94→前記2次コイル20→前記点火プラグ50の経路でイオン電流Iionが流れる。その結果、前記オペアンプ96からイオン電流Iionに対応する検出信号が出力される。また、前記エンジンECU80は、前記オペアンプ96から出力された検出信号を基に、前記内燃機関の燃焼状態の判定を行っている。
In FIG. 4, when the discharge from the
上記構成により、前記1次コイル10と前記電源40との間に前記スイッチング素子70が備えられる。前記スイッチング素子70のコレクタ端子は、前記電源40のプラス側と接続され、前記スイッチング素子70のエミッタ端子は、前記1次コイル10の低圧側と接続されている。また、前記スイッチング素子70のベース端子は、前記エンジンECU80と接続され、前記スイッチング素子70に通電信号を供給している。さらに、前記エンジンECU80から前記イグナイタ60及び前記スイッチング素子70に対する信号のON・OFFは同時に行われ、前記イグナイタ60に対してONの時は、前記スイッチング素子70に対してもONとし、前記イグナイタ60に対してOFFの時は、前記スイッチング素子70に対してもOFFとしている。これにより、前記イグナイタ60への点火信号が遮断されている間、前記1次コイル10への電源電圧も遮断され、イオン電流Iionが前記2次コイル20を通過時に前記1次コイル10の電源変動が発生せず、前記2次コイル20に誘導してしまうことで生じるイオン電流Iionへのノイズの重畳を防ぐことができる。
With the above configuration, the switching
また、イオン電流Iionへのノイズの重畳がなくなることで、前記エンジンECU80がイオン電流Iionからの検出信号を基に、前記内燃機関の燃焼状態を判定する際に、ノイズをノックと誤判定してしまうことが防止されるため、ノック発生と誤って判定して前記イグナイタ60への点火信号又はインジェクターへの燃料噴射信号の調整を行い、前記内燃機関に発生するノックを抑制し、前記内燃機関の燃焼効率や燃費が悪化することを防ぐことができる。
Further, since the noise is not superimposed on the ion current Iion , the
なお、上記実施例1の変形例として、前記イオン電流検出回路90は、前記ツェナーダイオード92a、前記2つのダイオード92b,92c、前記コンデンサ94、前記オペアンプ96、及び、前記2つの抵抗98a,98bと、から構成したが、イオン電流Iionを検出できる回路構成であれば、設計事情によって任意の回路構成に変更してもよい。また、前記1次コイル10と前記電源40との間に前記スイッチング素子70が備え、前記スイッチング素子70は、トランジスタとしたが電気的スイッチであれば、例えばサイリスタ、リレー等他のスイッチング素子を用いてもよい。さらに、前記スイッチング素子70は、前記エンジンECU80から通電信号を供給される構成としたが、他のCPUからの信号によってスイッチが開閉される構成としてもよい。
As a modification of the first embodiment, the ion
また、前記スイッチング素子70は、イオン電流Iionが検出される期間、即ち、少なくとも前記2次コイル20にイオン電流Iionが流れる期間、前記エンジンECU80からの通電信号がOFFにされる構成であれば、他の期間に対する通電信号の供給は設計事情によって任意に変更してもよい。
The switching
10:1次コイル
20:2次コイル
30:鉄芯
40:電源
50:点火プラグ
60:イグナイタ(IGBT)
70:スイッチング素子(トランジスタ)
80:エンジンECU
90:イオン電流検出回路
92a:ツェナーダイオード
92b,92c:ダイオード
94:コンデンサ
96:オペアンプ
98a,98b:抵抗
100:点火装置
10: 1 primary coil
20: Secondary coil
30: Iron core
40: Power supply
50: Spark plug
60: Igniter (IGBT)
70: Switching element (transistor)
80: Engine ECU
90: Ion current detection circuit
92a: Zener diode
92b, 92c: Diode
94: Capacitor
96: Operational amplifier
98a, 98b: Resistance
100: Ignition device
Claims (5)
前記1次コイル10の低圧側と前記1次コイル10へ電力を供給する電源40との間には、スイッチング素子70が備えられ、
前記スイッチング素子70は、少なくとも前記2次コイル20にイオン電流が流れる期間はOFFされることを特徴とする内燃機関用の点火装置100。 A coil portion in which the primary coil 10 and the secondary coil 20 are electromagnetically coupled, an igniter 60 for switching ON / OFF of energization to the primary coil 10, and an ignition for discharging a high voltage from the secondary coil 20 In an ignition device 100 for an internal combustion engine comprising a plug 50, an ECU 80 that supplies an ignition signal to the igniter 60, and an ion current detection circuit 90 that detects an ion current,
A switching element 70 is provided between the low voltage side of the primary coil 10 and a power supply 40 that supplies power to the primary coil 10.
The ignition device 100 for an internal combustion engine, wherein the switching element 70 is turned off at least during a period in which an ionic current flows through the secondary coil 20.
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JP6328293B1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-05-23 | 三菱電機株式会社 | Control device and control method for internal combustion engine |
JP2018514697A (en) * | 2015-05-14 | 2018-06-07 | エルドル コーポレイション エセ.ペー.アー. | Electronic ignition system for internal combustion engines |
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