JP2016048065A - Internal combustion engine ignition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に用いられる点火システムに関する。 The present invention relates to an ignition system used in an internal combustion engine.
近年、自動車用内燃機関での燃費を向上させるため、希薄燃料の燃焼制御(リーンバーンエンジン)、又は、内燃機関のシリンダへ燃焼ガスを還流させるEGRに関する技術の検討が進められている。これらの技術にあっては、内燃機関の点火タイミングで点火プラグが複数回連続的に放電を行なう多重点火方式/交流点火方式、又は、点火タイミング近傍の一定時間について二つの点火コイルを交互に動作させ、点火プラグを持続的に放電させるDCO方式等、混合気に含まれる化石燃料を効果的に燃焼させる為の点火システムが種々検討されている。 In recent years, in order to improve the fuel efficiency of an internal combustion engine for automobiles, studies are being made on technologies relating to combustion control of lean fuel (lean burn engine) or EGR for returning combustion gas to a cylinder of the internal combustion engine. In these technologies, the multiple ignition system / AC ignition system in which the ignition plug discharges continuously several times at the ignition timing of the internal combustion engine, or two ignition coils alternately for a certain time near the ignition timing. Various ignition systems for effectively burning fossil fuel contained in an air-fuel mixture, such as a DCO system that operates and discharges a spark plug continuously, have been studied.
これらの方式による点火システムでは、大きな放電電流を維持することが要求されるため、一次コイル(点火コイルの一次側)への印加電圧をDC−DCコンバータ等によって昇圧している(特許文献1参照)。 Since ignition systems based on these methods are required to maintain a large discharge current, the voltage applied to the primary coil (primary side of the ignition coil) is boosted by a DC-DC converter or the like (see Patent Document 1). ).
上記の場合に、放電開始時の点火信号が、ECUからの信号異常などにより通常時の点火信号よりも長くなってしまうことがある。このとき、高電圧のために短時間で大きな電流に達し、一次コイルへ流れる電流の切断と導通を行うIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子に、電流が過剰に流れるおそれがある。その結果として、IGBTの消費電力が増大し、損傷してしまうおそれがある。 In the above case, the ignition signal at the start of discharge may be longer than the normal ignition signal due to a signal abnormality from the ECU. At this time, due to the high voltage, a large current is reached in a short time, and there is a possibility that an excessive current flows in a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) that cuts off and conducts the current flowing to the primary coil. As a result, the power consumption of the IGBT increases and may be damaged.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる点火システムにおいて、スイッチング素子の損傷を抑制することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to suppress damage to switching elements in an ignition system that performs continuous discharge or multiple discharge with an ignition plug. It is.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
本発明は、内燃機関用点火システムであって、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、異なる電源電圧を点火コイルに供給する複数の電圧供給手段と、前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子と、前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段に接続された第一電流経路と、前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段に接続された第二電流経路と、前記一次コイルに接続された第三電流経路と、前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段と、前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段と、を備えることを特徴とする。 The present invention is an ignition system for an internal combustion engine, comprising an ignition plug for generating a spark discharge for igniting a combustible air-fuel mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine, a primary coil and a secondary coil, and the secondary coil An ignition coil for applying a voltage to the ignition plug, a plurality of voltage supply means for supplying different power supply voltages to the ignition coil, a switching element for cutting off and conducting a primary current flowing to the primary coil, and the plurality of voltages Among the supply means, a first current path connected to a voltage supply means for supplying a first voltage, and a voltage supply means for supplying a second voltage higher than the first voltage among the plurality of voltage supply means. A connected second current path; a third current path connected to the primary coil; a first state where the first current path is connected to the third current path; and a second state connected to the third current path. Current A path switching means for switching between a second state and a path connected; and switching the path switching means between the first state and the second state, and controlling the driving of the switching element, thereby continuously by the spark plug Primary current control means for performing discharge or multiple discharge.
上記構成によれば、この内燃機関用点火システムには、複数の電圧供給手段が備えられており、その内、第一電圧を供給する電圧供給手段に接続された第一電流経路と、第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段に接続された第二電流経路が設けられている。その他に、点火コイルを構成している一次コイルと二次コイルの内、一次コイルに接続された第三電流経路が設けられている。ここで、一次電流制御手段は、経路切替手段を制御することにより、第三電流経路に対して第一電流経路を接続して第二電流経路を切断する第一状態と、第三電流経路に対して第一電流経路を切断して第二電流経路を接続する第二状態とを任意に切替えることができる。 According to the above configuration, the internal combustion engine ignition system includes a plurality of voltage supply means, and of these, the first current path connected to the voltage supply means for supplying the first voltage, A second current path connected to voltage supply means for supplying a second voltage higher than the voltage is provided. In addition, a third current path connected to the primary coil among the primary coil and the secondary coil constituting the ignition coil is provided. Here, the primary current control means controls the path switching means to connect the first current path to the third current path and disconnect the second current path, and the third current path. On the other hand, it is possible to arbitrarily switch between the second state in which the first current path is disconnected and the second current path is connected.
そして、第一状態では第一電流経路から、第二状態では第二電流経路から、それぞれに接続されている電圧供給手段により第三電流経路を介して一次コイルに一次電流が流れる。一次コイルへ流れる一次電流は、スイッチング素子をON/OFFすることで、その電流の切断と導通が制御される。一次電流制御手段により、スイッチング素子を制御し、一次電流をコントロールすることで、点火プラグに連続放電や多重放電を実行させる。このため、点火プラグにより放電を実行させるに際して、例えば点火プラグの放電開始時と放電開始後で任意に電圧を変更することが出来、その結果、スイッチング素子の損傷を抑制することが出来る。 The primary current flows from the first current path in the first state to the primary coil through the third current path by the voltage supply means connected to the second current path from the second state. The primary current that flows to the primary coil is turned on and off to control the cutting and conduction of the current. The primary current control means controls the switching element to control the primary current, thereby causing the spark plug to perform continuous discharge or multiple discharge. For this reason, when discharging is performed by the spark plug, for example, the voltage can be arbitrarily changed at the start of discharge of the spark plug and after the start of discharge, and as a result, damage to the switching element can be suppressed.
本実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示す自動車用の内燃機関用点火システム10は、二つの点火コイル18A,18Bと、二つのIGBT14A,14B(スイッチング素子に該当)と、点火プラグ20と、バッテリ11(電圧供給手段に該当)と、DC−DCコンバータ12(電圧供給手段に該当)とが設けられている。
The present embodiment will be described with reference to the drawings. An
点火コイル18Aは、一次コイル15A、二次コイル16A及び鉄心17Aを備え、点火コイル18Bもまた同様な構成を取っている。一次コイル15A,15Bのそれぞれの第一端は、電源に接続されている。一次コイル15A,15Bのそれぞれの第二端は、IGBT14A,14Bのコレクタ端子にそれぞれ接続され、そしてIGBT14A,14Bのエミッタ端子には電流検出回路22(一次電流検出手段に該当)が接続され、電流検出回路22はECU13に接続されている。電流検出回路22は電流センサなどで構成されている。
The
二次コイル16A,16Bの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。一方で、二次コイル16A,16Bの第二端は、ダイオード19A,19Bのカソード側に接続されている。ダイオード19A,19Bのアノード側は点火プラグ20に接続されている。すなわち、ダイオード19A,19Bは点火プラグ20に対して逆方向に接続されている。かかるダイオード19A,19Bは、二つの点火コイル18A、18Bの出力を足し合わせるため、及び点火コイル18A、18Bへの通電によるプレイグニッションを防止するために設けられる。詳しくは、これらのダイオード19A,19Bのアノード側が互いに接続されて合流し、合流した電流経路は点火プラグ20の入力端子に接続されている。即ち、各々の二次コイル16A,16Bは、1つの共通する点火プラグ20に接続され、当該点火プラグ20は、双方の点火コイル18A,18Bから負の高電圧が印加されることとなる。
The first ends of the
ECU13(一次電流制御手段に該当)は、CPU及びI/O回路及びメモリ回路及びクロック回路等を備えている。このECU13は、IGBT14A,14Bそれぞれと別個に接続されている。ECU13は、入力された情報に基づいて点火信号IGT_1,IGT_2を生成して、IGBT14A,14Bのゲート端子へ出力し、IGBT14A,14Bの駆動を制御する。I/O回路には、自動車の各部に設けられた各種ECUまたはセンサから、内燃機関の運転状態に関する情報(以下、運転状態情報と呼ぶ)が適宜に入力される。この運転状態情報には、インジェクタの動作情報,クランク角センサからの情報等を含み、ECU13では、これらの情報に基づいて内燃機関の負荷状態及び回転数に関する情報を認識する。そして、ECU13では、これらの情報に基づいて各々の点火信号IGT_1とIGT_2を設定する。
The ECU 13 (corresponding to the primary current control means) includes a CPU, an I / O circuit, a memory circuit, a clock circuit, and the like. The
そして、ECU13から送信される点火信号IGT_1とIGT_2の位相は、一致しない状態でIGBT14A,14Bに入力されるため、IGBT14A,14Bは、一方がONの場合に他方がOFFとなるように同期して駆動することとなる。
Since the phases of the ignition signals IGT_1 and IGT_2 transmitted from the
ここで、バッテリ11とDC−DCコンバータ12とは直列で繋がっている。そして、バッテリ11とDC−DCコンバータ12の入力側と接続する電流経路との間には、DC−DCコンバータ12を介さない電流経路24(第一電流経路に該当)が分岐している。このとき、バッテリ11から供給される電圧は12(V)〜24(V)程度であり、これに基づいて、DC−DCコンバータ12は40(V)〜90(V)程度にまで電圧を昇圧させる。
Here, the battery 11 and the DC-
このDC−DCコンバータ12を介さない電流経路24とDC−DCコンバータ12の出力側に設けられた電流経路23(第二電流経路に該当)とは、どちらも途中で経路が途切れている。その途切れた経路を補うようにリレー21(経路切替手段に該当)が設けられている。リレー21と接続している電流経路25は、一次コイル15Aの第一端と接続されている。その一次コイル15Aとリレー21の間には、一次コイル15Bの第一端に接続された電流回路が分岐している(第三電流経路に該当)。すなわち、第三電流経路は、一次コイル15(15A,15B)とリレー21とを接続する電流経路である。
Both the
ECU13は制御信号をリレー21に送ることにより、電流経路24がリレー21を介して電流経路25に接続される(第一状態に該当)か、電流経路23がリレー21を介して電流経路25に接続されるか(第二状態に該当)、適宜制御する。すなわち、ECU13は、リレー21を制御することにより、電流経路25に対して電流経路24を接続して電流経路23を切断する第一状態と、電流経路25に対して電流経路24を切断して電流経路23を接続する第二状態とを任意に切替える。
The
次に、本実施形態におけるECU13が実行する制御を説明する。
Next, control executed by the
図2は、本実施形態におけるECU13の動作を示すタイミングチャートである。この図には、ECU13から送信されるIGT_1,IGT_2、IGBT14A,14Bにそれぞれ流れる一次電流I1_1,I1_2の波形、一次電流I1_1,I1_2を遮断したときに発生する二次電流I2の波形が各々示されている。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the
ECU13により送信される点火信号IGT_1,IGT_2は、それぞれ時間間隔の長い第一パルスと、時間間隔が短く間欠的に起こる後続パルスとで構成されている。この第一パルスと後続パルスは、一次電流I1_1,I1_2が予め設定されている設定値Aを超えるように設定されている。設定値Aは、IGBT14A,14Bを損傷させるおそれがない範囲での目標値に設定している。ECU13は、電流検出回路22により一次電流I1_1,I1_2の上昇を監視させ、一次電流I1_1,I1_2が設定値Aを超えた場合にIGBT14A,14BをそれぞれOFFにする。
The ignition signals IGT_1 and IGT_2 transmitted by the
点火信号IGT_1,IGT_2によってIGBT14A,14Bが駆動されると、各々の一次コイル15A,15Bでは、一次電流I1_1及びI1_2が断続的に発生する。
When the
これに伴って、各々の二次コイル16A,16Bでは、一次電流I1_1,I1_2に同期して磁束の変動が連続的に発生し、高電圧を連続的に出力させる。従って、点火プラグ20の入力端子には、双方の高電圧を合成させた電圧が印加されることとなり、二次電流I2が持続的に流れるようになる。
Along with this, in each of the
さらに、電流検出回路22により検出された電流を基に、ECU13がリレー21による電流経路の切替えを行ない、一次コイル15A,15Bへ印加される電圧をバッテリ11の電圧(第一電圧に該当)とするか、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧(第二電圧に該当)とするか適宜制御する。
Further, based on the current detected by the
このとき、点火プラグ20の放電開始に際して、IGBT14A,14Bに送信されるIGT_1とIGT_2は、特に第一パルスにおいてECU13からの信号異常などにより通常時の点火信号IGT_1,IGT_2よりも長くなってしまう場合がある。仮にバッテリ11の電圧をDC−DCコンバータ12により昇圧させた電圧を、常に一次コイル15A,15Bに印加する構成であるとする。この場合、DC−DCコンバータ12により立上がり角が大きくなった一次電流I1_1,I1_2が、長時間、IGBT14A,14Bに流れ、その消費電力が急速に増加し、損傷してしまうおそれがある。
At this time, when the discharge of the
そこで本実施形態では、点火プラグ20の放電開始に際しては、リレー21により電流経路24を電流経路25に接続させる。この構成により、バッテリ11から一次コイル15A,15Bに一次電流I1_1,I1_2が流れ、そしてその一次電流I1_1,I1_2を遮断したときに誘起される二次電流I2により、点火プラグ20の放電が行われる。放電開始後は、リレー21により電流経路23を電流経路25に接続させる。このとき、電流検出回路22により、一次電流I1_1,I1_2の上昇を監視させ、一次電流I1_1,I1_2の双方が一度設定値Aを超えた場合にリレー21の切り替えを行う。この構成により、DC−DCコンバータ12により増大した一次電流I1_1,I1_2が一次コイル15A,15Bに流れ、そしてその一次電流I1_1,I1_2を遮断したときに誘起される二次電流I2により、点火プラグ20の放電が行われる。
Therefore, in the present embodiment, the
例えば点火プラグ20の放電開始に際して、バッテリ11より供給される一次電流I1_1が設定値Aを超えた場合には、IGBT14AをOFFにすることで一次電流I1_1を遮断する。このとき、点火プラグ20と接地しているグランド電位より二次電流I2が誘起し、その二次電流I2により点火プラグ20が放電する。
For example, when the discharge of the
そして、一次電流I1_2が設定値Aを超えた際に、IGBT14AをONにし、IGBT14BをOFFにする。それと同時にリレー21の切替を行い、点火コイル18へ供給する電源電圧を、バッテリ11の電圧からDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧へ変更する。このため、放電開始に際して、IGBT14A,14Bの消費電力の急速な増加を抑制することが可能となる。
Then, when the primary current I1_2 exceeds the set value A, the
上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火システム10は、以下の効果を奏する。
With the above configuration, the internal combustion
・ECU13は、点火プラグ20の放電開始に際して、リレー21を制御することにより、バッテリ11の電圧が一次コイル15A,15Bに印加される。このため、一次コイル15A,15Bにそれぞれ流れる一次電流I1_1,I1_2を緩やかに上昇させることが可能である。そして、ECU13は、点火プラグ20の放電開始後、リレー21を切替え、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧がそれぞれの一次コイル15A,15Bに印加される。このため、放電開始後は高い電圧が一次コイル15A,15Bに印加され、一次電流I1_1,I1_2の立上がり角を大きくさせることが可能となる。このため、繰り返し実施される点火間隔を短くすることができ、結果、二次電流I2の減少度合いを少なくすることが可能となり、ほぼ一定に保持することができる。
The
・電流検出回路22を備えることにより、一次コイル15A,15Bのそれぞれに流れる一次電流I1_1,I1_2を検出することができる。ECU13は、電流検出回路22に一次電流I1_1,I1_2を監視させ、一次電流I1_2が予め設定していた設定値Aを超えた際に、リレー21を切り替える。このため、一次電流I1_1,I1_2の実際の大きさに応じてリレー21を精密に切り替えることが可能となり、IGBT14A,14Bへの負荷を低減することが出来る。
By providing the
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
・二次コイル16A,16Bの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。このことについて、図3に示したように、一次コイル15に接続している電流経路25に、二次コイル16の第一端と接続している電流経路を接続してもよい。こうすることにより、点火システムの簡便化を図ることが出来る(別例1)。
The first ends of the
・上記実施形態では、電流検出回路22に一次電流I1_1,I1_2を監視させ、一次電流I1_2が設定値Aを超えた場合にリレー21の切り替えを行っていた。このことについて、電流検出回路22を設けず、IGT_1又はIGT_2の立ち上がり(ON開始)から予め設定した時間が経過した時にリレー21の切り替えを行ってもよい。このとき、点火プラグ20の放電開始に際して、上記実施形態と同じように、リレー21を介して電流経路24を電流経路25に接続する。点火プラグ20の放電開始後は、電流経路24を遮断し、電流経路23を電流経路25に接続する。そして、ECU13は、予め設定された時間間隔で、IGBT14A,14BのON/OFF制御を行ない、一次電流を制御する。本制御において、点火プラグ20の放電開始に際して行われるIGBT14をONに維持し続ける時間は、点火プラグ20の放電開始後に行われるIGBT14をONにし続ける時間よりも長く設定されている。こうすることで、電流検出回路22を不要とし、点火システムの簡便化を図ることが出来る(別例2)。
In the above-described embodiment, the primary currents I1_1 and I1_2 are monitored by the
・上記実施形態では、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧を一次コイル15A,15Bに印加する電流経路23と、バッテリ11の電圧を一次コイル15A,15Bに印加する電流経路24とをリレー21により経路切替えすることとしていた。このことについて、バッテリ11の電圧を一次コイル15A,15Bに印加する電流経路24にもDC−DCコンバータを新たに設けてもよい(別例3)。
In the above embodiment, the
この場合、新たに設けられたDC−DCコンバータは、バッテリ11の電圧を、DC−DCコンバータ12により昇圧される電圧よりも低い電圧まで昇圧させる。これにより、点火プラグ20の放電開始までの時間を短縮できる。さらにECU13からの信号異常により点火信号IGT_1,IGT_2が長くなってしまっても、元々設けられているDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧よりも一次電流I1_1,I1_2の立上がり角は大きくない為にIGBT14の損傷を抑制することができる。
In this case, the newly provided DC-DC converter boosts the voltage of the battery 11 to a voltage lower than the voltage boosted by the DC-
・上記実施形態では、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧を一次コイル15A,15Bに印加する電流経路23と、バッテリ11の電圧を一次コイル15A,15Bに印加する電流経路24とをリレー21により経路切替えすることとしていた。このことについて、図4に示すようにバッテリ11の電圧よりも高い電圧を供給する高圧バッテリ41を設けてもよい。この構成は、ハイブリッド車に適用すると有効であり、DC−DCコンバータ12を不要とすることができる(別例4)。
In the above embodiment, the
また、ハイブリッド車に対して、図5に示す構成を適用することもできる。これらの場合も、点火プラグ20の放電開始に際して、ECU13は、リレー21を介して電流経路24を電流経路25に接続させ、点火プラグ20の放電開始後は電流経路24を遮断し、電流経路23を電流経路25に接続させる。なお、電流経路23を電流経路25に接続した状態において、ハリブリッド車が備える高圧バッテリ51の全電圧(最高圧)のうち一部の電圧を用いて、点火プラグ20を放電させる二次電流I2を誘起させてもよい(別例5)。
Further, the configuration shown in FIG. 5 can be applied to the hybrid vehicle. Also in these cases, when the discharge of the
・上記実施形態では、IGBT14A,14Bの消費電力の急速な増加を抑制するため、点火プラグ20の放電開始に際しては、バッテリ11の電圧を点火コイル18A,18Bに印加させていた。そして、点火プラグ20の放電開始後は、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧を点火コイル18A,18Bに印加させていた。この構成において、点火プラグ20の放電を終了する場合を想定する。点火プラグ20の放電開始後に点火コイル18A,18Bに印加される電圧は、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧である。このため、IGBT14A,14Bを両方オフにすると、点火プラグ20に過剰に大きな二次電流I2が流れてしまうおそれがある。その結果、点火プラグ20に負荷がかかり電極の消耗が加速するおそれがある。
In the above embodiment, the voltage of the battery 11 is applied to the
この対策として、本別例では、ECU13により後述する図6の点火プラグ20の放電終了制御を実行する。これにより、点火プラグ20の放電を終了する際には、IGBT14A,14Bを遮断する前にリレー21により電流経路23を遮断させ、電流経路24を接続させる。よって、点火プラグ20の放電を終了する際には、バッテリ11から電圧がそれぞれの点火コイル18に印加されることになる。
As a countermeasure against this, in this other example, the
以下、ECU13が実行する図6の点火プラグ20の放電終了制御の制御内容を説明する。図6に示す点火プラグ20の放電終了制御は、点火プラグ20の放電中であり、且つECU13が電源オンしている期間中にECU13によって所定周期で繰り返し実行される。
Hereinafter, the control content of the discharge end control of the
本制御が起動されると、まずステップ100で、放電終了要求を受信したか否かを判定する。放電終了要求とは、例えば内燃機関の運転状態(負荷・回転数)に応じた、着火に必要な放電継続時間が経過したことを条件として点火プラグ20に対して放電の停止を要求する信号のことである。放電終了要求を受信していない場合には(S100:NO)、着火に必要な放電継続時間が不足しているため、そのまま放電を継続する。放電終了要求を受信した場合には(S100:YES)、ステップ110に進む。
When this control is activated, it is first determined in
ステップ110では、リレー21により電流経路23を遮断させ電流経路24を接続させる。これにより、各点火コイル18に印加される電圧は、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧からバッテリ11の電圧に切り替わることになる。
In step 110, the
ステップ120では、ステップ110によりリレー21の切替が終了してから、所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間とは、二次電流I2が所定値まで減少するのに必要な時間として設定される。所定値とは、両IGBT14A,14Bを遮断した際に点火プラグ20に過剰な二次電流I2が流れない値として設定される。ステップ110によりリレー21の切替が終了してから所定時間が経過していない場合には(S120:NO)、ステップ120を再度やり直す。ステップ110によりリレー21の切替が終了してから所定時間が経過した場合には(S120:YES)、ステップ130に進む。
In
ステップ130では、点火コイル18A,18Bのそれぞれで交互に二次電流I2を生じさせる制御を停止し、IGBT14A,IGBT14Bの双方がオフ操作となるように点火信号IGT_1,IGT_2を対応する各IGBT14A,14Bに送信する。そして、本制御を終了する。
In step 130, the control for alternately generating the secondary current I2 in each of the
図7は、本別例におけるECU13の動作を示すタイミングチャートである。この図において、「電源」は点火コイル18に印加される電圧がDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧である場合にはハイで、バッテリ11からの電圧である場合にはローで表すものである。また、「放電要求」は放電要求の有無をハイ/ローで表すものである。他に、ECU13から送信されるIGT_1,IGT_2、IGBT14A,14Bにそれぞれ流れる一次電流I1_1,I1_2の波形、一次電流I1_1,I1_2を遮断したときに発生する二次電流I2の波形が各々示されている。
FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the
一次電流I1_1及びI1_2が断続的に発生することで、点火プラグ20に持続的に二次電流I2が流れ放電が継続される(時間t1〜t2参照)。その後、放電要求がハイからローに切り替わると、それに遅れてリレー21による電流経路の切替えを実施させ、点火コイル18に印加される電圧をDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧からバッテリ11の電圧に制御する(時間t3参照)。なお、このときに実施される電流経路の切替とは、具体的にはリレー21により電流経路23を遮断させ電流経路24を接続させることに該当する。
Since the primary currents I1_1 and I1_2 are intermittently generated, the secondary current I2 flows continuously through the
この状態で、以降も点火信号IGT_1とIGT_2とを制御し、一次電流I1_1及びI1_2を断続的に発生させる。点火コイル18に印加される電圧がDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧(40〜90V)からバッテリ11の電圧(12〜24V)となったため、二次電流I2が低下を始める(時間t4〜t5参照)。なお、一次電流I1_1,I1_2を遮断することにより誘起する二次電流I2は、負の値となる。よって、正の方向を二次電流I2の減少方向として記載している。
In this state, the ignition signals IGT_1 and IGT_2 are subsequently controlled to generate primary currents I1_1 and I1_2 intermittently. Since the voltage applied to the
バッテリ11の電圧に切り替えてから所定時間が経過すると、二次電流I2が所定値を超えて低くなったと判断され、IGBT14A,14Bを両方遮断しても点火コイル18に過剰な二次電流I2が流れないとして、IGBT14A,14Bを遮断する(時間t5参照)。
When a predetermined time elapses after switching to the voltage of the battery 11, it is determined that the secondary current I2 has exceeded a predetermined value and has become low. Even if both the
点火プラグ20の放電を終了する際、IGBT14A,14Bの双方をオフにしてしまうと、点火コイル18A,18Bの双方で二次電流I2が発生してしまう。このとき、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧が点火コイル18A,18Bに印加された状態であると、点火プラグ20に流れる二次電流I2のピークが大きくなってしまい、点火プラグ20の電極消耗が加速するおそれがある。このため、点火プラグ20の放電を終了する際には、ECU13は、IGBT14A,14Bの双方をオフにする前にリレー21により電流経路23を遮断させ電流経路24を接続させる。これにより、点火コイル18A,18Bに流れる電圧がDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧からバッテリ11の電圧に切替わるので、二次電流I2を減少させることができる。この状態を所定時間継続させた上で、IGBT14A,14Bの双方をオフにしても、その際に生じる二次電流I2は十分に小さくなっているため、点火プラグ20の電極消耗を抑制する事が可能となる。
If both the
本別例は、上記別例1〜5の構成に適用することができる。 This example can be applied to the configurations of Examples 1 to 5 above.
本別例では、点火プラグ20の放電を終了する際、点火コイル18A,18Bに印加される電圧をDC−DCコンバータ12により昇圧された電圧からバッテリ11の電圧に変更し、変更してから所定時間が経過した後にIGBT14A,14Bをオフとしていた。このことについて、点火プラグ20に流れる二次電流I2を検出する二次電流センサ(二次電流検出手段に該当)を設置し、二次電流センサにより検出される二次電流I2が所定値よりも低くなったことを条件としてIGBT14A,14Bをオフしてもよい。この場合、二次電流センサにより点火プラグ20に流れる二次電流I2を検出することができるため、IGBT14A,14Bの双方をオフにした際に生じる二次電流I2のピークをより正確に抑制する事が可能となる。
In this other example, when the discharge of the
・上記実施形態において、点火コイル18Aと点火コイル18Bを備えていた。このことについて、点火コイル18を1つだけ備える構成(多重点火方式)であってもよい。この場合でも、点火プラグ20の放電開始に際して、ECU13は、リレー21を介して電流経路24を電流経路25に接続させ、点火プラグ20の放電開始後は電流経路24を遮断し、電流経路23を電流経路25に接続させる。この構成により、構造の簡便化を図ることが出来る。
In the above embodiment, the
・本点火システムは、DCO方式及び多重点火方式に限らず、図8に示すような交流点火方式でも適用可能である。かかる点火システム60は、図示の如く、イグナイタ65のIGBT66の両端(入力端と出力端)に、ダイオード67及びコンデンサ68が各々並列に接続されている。また、点火プラグ20は、点火コイル64の二次コイル63に並列接続され、二次コイル63の出力電圧が何れの極性であっても、放電動作が行われるように配線されている。
The present ignition system is not limited to the DCO method and the multiple ignition method, but can be applied to an AC ignition method as shown in FIG. In the
かかる点火システム60では、IGBT66をON状態として一次電流I1_1,I1_2が規定値を超えると、当該IGBT66をOFFに切換え、一次コイル61とコンデンサ68との間で電荷の充電・放電を繰り返させて一次電流I1_1,I1_2を振動させる。このとき、点火プラグ20では、一次電流I1_1,I1_2が振動する振動期間について、極性方向を交互に切換えつつ放電を繰り返す。このように、本点火システム60についても、DCO方式の点火システム10と同様、一定期間について放電動作が持続される。
In such an
このような点火システム60では、点火プラグ20への印加電圧が正極・負極の両極性で放電できるように、DC−DCコンバータ12において昇圧される電圧を設定しなければならない。その結果、電圧が一定範囲で維持されていればコンデンサ68に蓄積される電荷量も設計予定値とされるので、一次電流I1_1,I1_2の最大ピークが設定値Aに到達するようになる。
In such an
この場合に、点火プラグ20の放電開始に際して、リレー21を介して電流経路24を電流経路25に接続する。点火プラグ20の放電開始後は、電流経路24を遮断し、電流経路23を電流経路25に接続する。このため、IGBT66の消費電力を過剰に高めること無く、点火プラグ20での連続的な放電動作が確実に行われることとなる。
In this case, the
・バッテリ11の電圧を一次コイル15に印加する電流経路24と、DC−DCコンバータ12により昇圧された電圧を一次コイル15に印加する電流経路23とを、適宜切替える経路切替手段として本実施形態ではリレー21を設けていた。このことについて、半導体リレーやIGBTなどに変更してもよい。
In the present embodiment, as a path switching means for appropriately switching between the
・リレー21による経路切替は、ECU13から送信される信号により適宜制御されていた。このことについて、ECU13がリレー21の制御を行なわせなくとも、マイコンなどを新規に設けそれにリレー21の制御を行なわせてもよい。
The path switching by the
11…バッテリ(電圧供給手段)、12…DC−DCコンバータ(電圧供給手段)、13…ECU(一次電流制御手段)、14…IGBT(スイッチング素子)、15…一次コイル、16…二次コイル、18…点火コイル、20…点火プラグ、21…リレー(経路切替手段)、23…電流経路(第二電流経路)、24…電流経路(第一電流経路)、25…電流経路(第三電流経路)、41…高圧バッテリ(電圧供給手段)、51…高圧バッテリ(電圧供給手段)、61…一次コイル、63…二次コイル、64…点火コイル、66…IGBT(スイッチング素子)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery (voltage supply means), 12 ... DC-DC converter (voltage supply means), 13 ... ECU (primary current control means), 14 ... IGBT (switching element), 15 ... Primary coil, 16 ... Secondary coil, DESCRIPTION OF
Claims (8)
一次コイル(15,61)及び二次コイル(16,63)を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル(18,64)と、
異なる電源電圧を前記点火コイルに供給する複数の電圧供給手段(11,12,41,51)と、
前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行うスイッチング素子(14,66)と、
前記複数の電圧供給手段の内、第一電圧を供給する電圧供給手段(11、51)に接続された第一電流経路(24)と、
前記複数の電圧供給手段の内、前記第一電圧よりも高い第二電圧を供給する電圧供給手段(12,41,51)に接続された第二電流経路(23)と、
前記一次コイルに接続された第三電流経路(25)と、
前記第三電流経路に前記第一電流経路を接続した第一状態と、前記第三電流経路に前記第二電流経路を接続した第二状態とを切り替える経路切替手段(21)と、
前記経路切替手段を前記第一状態と前記第二状態とで切り替えるとともに、前記スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる一次電流制御手段(13)と、
を備えることを特徴とする内燃機関用点火システム。 A spark plug (20) for generating a spark discharge for igniting a combustible mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine;
An ignition coil (18, 64) comprising a primary coil (15, 61) and a secondary coil (16, 63), and applying a voltage to the spark plug by the secondary coil;
A plurality of voltage supply means (11, 12, 41, 51) for supplying different power supply voltages to the ignition coil;
Switching elements (14, 66) for cutting off and conducting the primary current flowing to the primary coil;
A first current path (24) connected to a voltage supply means (11, 51) for supplying a first voltage among the plurality of voltage supply means;
A second current path (23) connected to a voltage supply means (12, 41, 51) for supplying a second voltage higher than the first voltage among the plurality of voltage supply means;
A third current path (25) connected to the primary coil;
Path switching means (21) for switching between a first state in which the first current path is connected to the third current path and a second state in which the second current path is connected to the third current path;
Primary current control means (13) for switching the path switching means between the first state and the second state and controlling the driving of the switching element to cause continuous discharge or multiple discharge by the spark plug; ,
An internal combustion engine ignition system comprising:
前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電開始時に、前記経路切替手段により前記第一状態に切り替えさせ、その後、前記一次電流検出手段により検出された前記一次電流が所定値を超えた場合に、前記経路切替手段により前記第二状態に切り替えさせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関用点火システム。 Primary current detection means (22) for detecting the primary current flowing through the primary coil;
The primary current control means causes the path switching means to switch to the first state at the start of discharge of the spark plug, and then the primary current detected by the primary current detection means exceeds a predetermined value. The ignition system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the path switching means switches to the second state.
前記一次電流制御手段は、前記点火プラグの放電終了に際し、前記経路切替手段により前記第一状態に切替えさせた後、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流が所定値よりも小さくなったことを条件として、複数ある前記スイッチング素子を全て遮断させることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関用点火システム。 A secondary current detecting means for detecting a secondary current flowing through the spark plug;
The primary current control means is configured to switch the secondary current detected by the secondary current detection means to a value smaller than a predetermined value after switching to the first state by the path switching means at the end of discharge of the spark plug. 6. The ignition system for an internal combustion engine according to claim 5, wherein all the plurality of switching elements are shut off on condition that the condition is satisfied.
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