JP2016053358A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に用いられる点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device used for an internal combustion engine.
点火プラグの負担を軽減し、無駄な電力消費を抑えて、火花放電を継続させる点火装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この点火装置は、周知のフルトラタイプの点火回路と、この点火回路による火花放電中に、その火花放電の継続を開始するエネルギ投入回路とを組み合わせて構成される。
なお、以下では、フルトラタイプの点火回路を主点火回路と称し、この主点火回路による火花放電を主点火と称して説明する。
There has been proposed an ignition device that reduces the burden on an ignition plug, suppresses unnecessary power consumption, and continues spark discharge (see, for example, Patent Document 1).
This ignition device is configured by combining a well-known full tiger type ignition circuit and an energy input circuit that starts continuation of the spark discharge during the spark discharge by the ignition circuit.
In the following description, a full-tra type ignition circuit is referred to as a main ignition circuit, and spark discharge by the main ignition circuit is referred to as main ignition.
エネルギ投入回路は、主点火回路による主点火の発生中に、1次コイルのマイナス側からバッテリの電源ラインへ電気エネルギを投入する。これにより、2次コイルに「主点火時と同一方向の2次電流」を継続して流して、主点火で生じた火花放電を任意の期間に亘って継続させる。
なお、以下では、バッテリ電圧が印加される電源ラインをバッテリ電圧ラインと称し、エネルギ投入回路によって火花放電を任意に継続させる期間を放電継続期間と称して説明する。
The energy input circuit inputs electric energy from the negative side of the primary coil to the power supply line of the battery during generation of main ignition by the main ignition circuit. As a result, the “secondary current in the same direction as in the main ignition” is continuously supplied to the secondary coil, and the spark discharge generated by the main ignition is continued for an arbitrary period.
In the following description, a power supply line to which the battery voltage is applied is referred to as a battery voltage line, and a period in which spark discharge is arbitrarily continued by the energy input circuit is referred to as a discharge continuation period.
エネルギ投入回路の作動によりバッテリ電圧ラインを介して車載バッテリのプラス端子に向かう電気エネルギは、「車載バッテリの充電状態」や「車載バッテリのプラス端子へ至る配線長などによるインダクタンスの影響」等により、バッテリ電圧に影響を与える懸念がある。
具体的には、エネルギ投入回路の作動により、電気エネルギが車載バッテリのプラス端子に向かって流れると、バッテリ電圧が一時的に上昇する可能性がある。
The electrical energy directed to the positive terminal of the in-vehicle battery via the battery voltage line due to the operation of the energy input circuit is due to the "influence of the inductance due to the charging state of the in-vehicle battery", the wiring length to the positive terminal of the in-vehicle battery, etc. There are concerns that affect battery voltage.
Specifically, when electric energy flows toward the positive terminal of the vehicle-mounted battery due to the operation of the energy input circuit, the battery voltage may temporarily increase.
車載バッテリのプラス端子には、点火装置の他にも、複数の電気機器が接続されている。このため、エネルギ投入回路の作動の影響を受けて、バッテリ電圧が上昇すると、車載バッテリからバッテリ電圧の供給を受ける複数の電気機器が、バッテリ電圧の上昇の影響を受けて誤作動や寿命低下等を受ける可能性がある。 In addition to the ignition device, a plurality of electrical devices are connected to the plus terminal of the in-vehicle battery. For this reason, when the battery voltage rises due to the effect of the operation of the energy input circuit, a plurality of electrical devices that are supplied with the battery voltage from the in-vehicle battery are affected by the rise of the battery voltage, malfunctioning, shortening the service life, etc. There is a possibility of receiving.
本発明の目的は、車載バッテリからバッテリ電圧の供給を受ける電気機器に、エネルギ投入回路の作動の影響を与えない内燃機関用点火装置の提供にある。 An object of the present invention is to provide an ignition device for an internal combustion engine that does not affect the operation of an energy input circuit on an electric device that is supplied with a battery voltage from a vehicle-mounted battery.
本発明の内燃機関用点火装置は、請求項1の手段を採用する。これにより、エネルギ投入回路の作動期間中は、1次コイルのプラス側がアース接地へ切り替えられる。
このため、エネルギ投入回路が作動してもバッテリ電圧が上昇する不具合が生じない。その結果、車載バッテリからバッテリ電圧の供給を受ける電気機器が、エネルギ投入回路の作動の影響を受けない。
The ignition device for an internal combustion engine of the present invention employs the means of
For this reason, even if an energy input circuit operates, the malfunction which a battery voltage rises does not arise. As a result, the electric device that receives the battery voltage from the in-vehicle battery is not affected by the operation of the energy input circuit.
以下では、図面に基づいて発明を実施するための形態を説明する。なお、以下で開示する実施形態は、一例を開示するものであって、本発明が実施形態に限定されないことは言うまでもない。 Below, the form for inventing is demonstrated based on drawing. The embodiment disclosed below discloses an example, and it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment.
[実施形態1]
図1、図2を参照して実施形態1を説明する。
この実施形態における点火装置は、車両走行用の火花点火エンジンに用いられるものであり、所定の点火タイミングで燃焼室内の混合気に点火を行う。
[Embodiment 1]
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The ignition device in this embodiment is used for a spark ignition engine for vehicle travel, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber at a predetermined ignition timing.
エンジンの具体的な一例を開示する。
エンジンは、ガソリンを燃料とする希薄燃焼が可能な直噴式エンジンである。また、エンジンは、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジン吸気側へ戻すEGR装置を搭載する。さらに、エンジンは、気筒内に混合気の旋回流を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。なお、旋回流は、タンブル流やスワール流等である。
このように、この実施形態のエンジンは、混合気の着火性が低下する運転領域が存在する。
A specific example of the engine is disclosed.
The engine is a direct injection engine capable of lean combustion using gasoline as fuel. The engine is also equipped with an EGR device that returns part of the exhaust gas as EGR gas to the engine intake side. Further, the engine includes a swirl flow control means for generating a swirl flow of the air-fuel mixture in the cylinder. The swirl flow is a tumble flow or a swirl flow.
Thus, the engine of this embodiment has an operation region where the ignitability of the air-fuel mixture decreases.
この実施形態における点火装置は、各気筒の点火プラグ1ごとに対応した点火コイル2を用いるDIタイプである。なお、DIは、ダイレクト・イグニッションの略である。
この点火装置は、エンジン制御の中枢を成すECU3から与えられる点火信号IGtおおび放電継続信号IGwに基づいて点火コイル2の1次コイル2aを通電制御する。具体的には、1次コイル2aを通電制御することで、点火コイル2の2次コイル2bに生じる電気エネルギを制御して、点火プラグ1の火花放電をコントロールする。
The ignition device in this embodiment is a DI type using an
This ignition device controls energization of the
ECU3は、各種センサから取得したエンジンパラメータ(例えば、暖機状態、エンジン回転速度、エンジン負荷等)やエンジンの制御状態(例えば、希薄燃焼の有無、旋回流の程度等)に応じた点火信号IGt及び放電継続信号IGwを生成して出力する。
The
車両に搭載される点火装置は、各気筒毎に搭載される点火プラグ1と、各点火プラグ1毎に搭載される点火コイル2と、フルトラ作動を行う主点火回路4と、火花放電の継続を行うエネルギ投入回路5と、作動制御を行う制御回路6とを備えて構成される。
The ignition device mounted on the vehicle includes a
主点火回路4とエネルギ投入回路5の主要部は、点火回路ユニットとして共通のケース内に収容配置さる。そして、点火回路ユニットは、点火プラグ1や点火コイル2とは異なる場所に設置される。
The main parts of the main ignition circuit 4 and the
点火プラグ1は、周知なものであり、2次コイル2bの一端に接続される中心電極と、エンジンのシリンダヘッド等を介してアース接地される外側電極とを備える。そして、2次コイル2bから印加される高電圧により中心電極と外側電極との間で火花放電を発生させる。
The
点火コイル2は、周知なものであり、1次コイル2aと、この1次コイル2aの巻数より多くの巻数を有する2次コイル2bとを備える。
1次コイル2aの一端は、プラス側であり、車載バッテリ7のプラス端子から電力の供給を受けるバッテリ電圧ラインαに接続される。
1次コイル2aの他端は、マイナス側であり、主点火回路4に設けられた点火スイッチIGBT(例えば、パワートランジスタ、MOS型FET、サイリスタ等)を介してアース接地される。
The
One end of the
The other end of the
2次コイル2bの一端は、上述したように点火プラグ1の中心電極に接続される。
2次コイル2bの他端は、1次コイル2aの通電時に不要な2次電圧の発生を抑制するダイオード8及び電流検出抵抗9を介してアース接地される。
One end of the
The other end of the
主点火回路4は、1次コイル2aの通電制御を行って点火プラグ1に主点火を生じさせる。
具体的に制御回路6は、点火信号IGtがハイ信号に切り替わると、点火スイッチIGBTをONする。これにより、1次コイル2aのプラス側からマイナス側へ向けて1次電流i1が流れる。
また、制御回路6は、点火信号IGtがロー信号に切り替わると、点火スイッチIGBTをOFFする。これにより、1次電流i1が切断されて、2次コイル2bに高電圧が発生し、点火プラグ1に主点火が生じる。
The main ignition circuit 4 controls the energization of the
Specifically, the
Further, the
エネルギ投入回路5は、主点火回路4の作動によって生じた主点火中に1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギを投入する。これにより、2次コイル2bに「主点火時と同一方向の2次電流i2」を継続して流し、主点火回路4の作動によって生じた火花放電を任意の放電継続期間に亘って継続させる。
The
具体的にエネルギ投入回路5は、着火性が低下するエンジンの運転領域(例えば、希薄燃焼時、強旋回流の発生時、高EGR率時、低温始動時など)に作動して、火花放電の継続を行って混合気の着火性を高める。
エネルギ投入回路5は、バッテリ電圧を昇圧するとともに、昇圧した電気エネルギを蓄える昇圧回路11を備える。
エネルギ投入回路5は、昇圧回路11内に蓄えた電気エネルギを1次コイル2aのマイナス側に投入するエネルギ投入ラインβをON−OFFするエネルギ投入スイッチSnet(例えば、MOS型FET、パワートランジスタ等)を備える。
エネルギ投入回路5は、エネルギ投入ラインβにおいて1次コイル2aのマイナス側のみへ電流を流すダイオード12を備える。
Specifically, the
The
The
The
昇圧回路11の具体的な一例は、直流電圧を昇圧するチョッパー型のDC−DCコンバータと、昇圧した電気エネルギを蓄える蓄電手段(例えば、コンデンサ等)とを組み合わせて構成される。
DC−DCコンバータは、周知なものである。理解補助の目的でDC−DCコンバータの一例を開示する。DC−DCコンバータは、昇圧回路給電ラインγを介してバッテリ電圧が印加されるチョークコイルを備える。DC−DCコンバータは、チョークコイルの通電状態を断続する昇圧スイッチ(例えば、MOS型FET、パワートランジスタ等)を備える。DC−DCコンバータは、昇圧スイッチを繰り返しON−OFFさせる昇圧用発振回路を備える。DC−DCコンバータは、蓄電手段に蓄えた電気エネルギがチョークコイル側へ逆流するのを防ぐダイオードを備える。
A specific example of the
The DC-DC converter is well known. An example of a DC-DC converter is disclosed for the purpose of assisting understanding. The DC-DC converter includes a choke coil to which a battery voltage is applied via a booster circuit power supply line γ. The DC-DC converter includes a step-up switch (for example, a MOS type FET, a power transistor, etc.) for intermittently energizing the choke coil. The DC-DC converter includes a boost oscillation circuit that repeatedly turns a boost switch on and off. The DC-DC converter includes a diode that prevents the electrical energy stored in the power storage means from flowing back to the choke coil side.
昇圧用発振回路は、制御回路6によって制御される。具体的に、昇圧用発振回路は、ECU3から点火信号IGtが与えられる期間に亘って昇圧スイッチを所定周期で繰り返してON−OFFするように設けられている。
制御回路6には、エネルギ投入回路5の作動時にエネルギ投入スイッチSnetのON−OFF制御を行うことで2次電流i2をコントロールする2次電流コントローラ13が設けられている。
具体的な2次電流コントローラ13の一例を説明する。2次電流コントローラ13は、2次コイル2bを流れる2次電流i2を、電流検出抵抗9を用いてモニターする。そして、2次電流コントローラ13は、モニターした2次電流i2が所定の目標範囲を維持するようにエネルギ投入スイッチSnetをON−OFF制御するフィードバック制御を採用する。
The boosting oscillation circuit is controlled by the
The
A specific example of the secondary
なお、2次電流コントローラ13は、上述したフィードバック制御に限定しない。具体的に2次電流コントローラ13は、2次電流i2が所定の目標範囲を維持するようにオープンループ制御によってエネルギ投入スイッチSnetをON−OFF制御するものであっても良い。
また、フィードバック制御あるいはオープンループ制御を行う際における2次電流i2の目標値は、一定であっても良いし、エンジンの運転状態に応じて変更するものであっても良い。
Note that the secondary
Further, the target value of the secondary current i2 when performing feedback control or open loop control may be constant or may be changed according to the operating state of the engine.
この実施形態の点火装置には、エネルギ投入回路5の作動時に1次コイル2aのプラス側をアース接地へ切り替える切替手段が設けられる。
ここで、点火装置には、1次コイル2aのプラス側へバッテリ電圧の供給を行うバッテリ電圧ラインαの他に、1次コイル2aのプラス側をアース接地させるためのアース接地ラインδが設けられている。
The ignition device of this embodiment is provided with switching means for switching the positive side of the
Here, in addition to the battery voltage line α for supplying the battery voltage to the positive side of the
切替手段は、1次コイル2aのプラス側を、バッテリ電圧ラインαまたはアース接地ラインδの一方へ切り替える切替スイッチ手段14を備える。
切替手段は、この切替スイッチ手段14を制御して、エネルギ投入回路5の作動時に1次コイル2aのプラス側をアース接地へ切り替える切替制御手段15を備える。
The switching means includes changeover switch means 14 for switching the positive side of the
The switching means includes switching control means 15 for controlling the switching switch means 14 to switch the positive side of the
切替スイッチ手段14は、バッテリ電圧ラインαを断続する第1切替スイッチS1(例えば、MOS型FET、パワートランジスタ等)を備える。
切替スイッチ手段14は、アース接地ラインδを断続する第2切替スイッチS2(例えば、MOS型FET、パワートランジスタ等)を備える。
The changeover switch means 14 includes a first changeover switch S1 (for example, a MOS FET, a power transistor, etc.) that intermittently connects the battery voltage line α.
The changeover switch means 14 includes a second changeover switch S2 (for example, a MOS type FET, a power transistor, etc.) that connects and disconnects the earth ground line δ.
切替制御手段15は、制御回路6に設けられる。
切替制御手段15は、「エネルギ投入回路5の作動直前から作動終了直後の期間」のみ、バッテリ電圧ラインαを切断して、1次コイル2aのプラス側をアース接地へ切り替える。そして、「他の期間」はアース接地ラインδを切断して、1次コイル2aのプラス側にバッテリ電圧を印加する。
The switching control means 15 is provided in the
The switching control means 15 cuts the battery voltage line α and switches the positive side of the
この切替制御手段15の具体例を図2に示す。
切替制御手段15は、エネルギ投入回路5が作動する直前に、第1切替スイッチS1をON状態からOFF状態へ切替えた後に、第2切替スイッチS2をOFF状態からON状態へ切り替える開始ディレイ制御を実施する。
切替制御手段15は、エネルギ投入回路5の作動が停止した直後に、第2切替スイッチS2をON状態からOFF状態へ切り替えた後に、第1切替スイッチS1をOFF状態からON状態へ切替る終了ディレイ制御を実施する。
A specific example of the switching control means 15 is shown in FIG.
The switching control means 15 performs start delay control for switching the second switch S2 from the OFF state to the ON state after switching the first switch S1 from the ON state to the OFF state immediately before the
The switching control means 15 immediately after the operation of the
即ち、エネルギ投入回路5の作動開始時は、「第1切替スイッチS1のOFF」→「第2切替スイッチS2のON」→「エネルギ投入スイッチSnetのON−OFF制御の開始」の順に作動する。
逆に、エネルギ投入回路5の作動終了時は、「エネルギ投入スイッチSnetのON−OFF制御の終了」→「第2切替スイッチS2のOFF」→「第1切替スイッチS1のON」の順に作動する。
なお、各スイッチの切り替わりタイミングのディレイ時間は、バッテリ電圧の短絡等の不具合が生じない範囲で、且つ短い時間となるように設定される。具体的には、例えば数十μs程に設定される。
That is, when the operation of the
On the contrary, when the operation of the
In addition, the delay time of the switching timing of each switch is set so as to be a short time in a range in which a failure such as a short circuit of the battery voltage does not occur. Specifically, for example, it is set to about several tens of μs.
(点火装置の作動説明)
点火信号IGtが出力されると、点火信号IGtの出力期間に亘って点火スイッチIGBTがONされるとともに、昇圧回路11がバッテリ電圧の昇圧作動を行なって昇圧した電気エネルギを蓄電手段に蓄える。
(Explanation of ignition device operation)
When the ignition signal IGt is output, the ignition switch IGBT is turned on over the output period of the ignition signal IGt, and the
点火信号IGtが停止されると、点火スイッチIGBTがOFFされ、1次コイル2aの通電状態が遮断される。その結果、1次電流i1が停止すると同時に2次電圧が立ち上がって点火プラグ1に高電圧が印加されて、点火プラグ1において主点火が生じる。
When the ignition signal IGt is stopped, the ignition switch IGBT is turned off and the energized state of the
点火プラグ1で主点火が開始された後、2次電流i2は略三角波形状で減衰する。そして、2次電流i2が所定の下限電流値(即ち、火花放電を維持するための電流値)に低下する前に、ECU3が放電継続信号IGwを出力する。
この直前に、上述した切替手段の作動により、1次コイル2aのプラス側がアース接地へ切り替えられる。
具体的には、上述した開始ディレイ制御により、第1切替スイッチS1をOFFして1次コイル2aへのバッテリ電圧の印加を停止させた後に、第2切替スイッチS2をONして1次コイル2aのプラス側をアース接地させる切替作動を行う。
After the main ignition is started by the
Immediately before this, the plus side of the
Specifically, by the start delay control described above, the first changeover switch S1 is turned off to stop the application of the battery voltage to the
放電継続信号IGwが出力されると、制御回路6によりエネルギ投入回路5が作動する。すると、エネルギ投入回路5は、1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギを投入し、主点火回路4の作動によって生じた火花放電を継続させる。
When the discharge continuation signal IGw is output, the
具体的に、放電継続信号IGwが出力されると、2次電流コントローラ13がエネルギ投入スイッチSnetをON−OFF制御して、昇圧回路11の蓄電手段に蓄えた電気エネルギを1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ向けて投入する。すると、図1の一点鎖線矢印Yに示すように、1次コイル2aを流れた電気エネルギが第2切替スイッチS2を介してアース接地へ流れる。
なお、エネルギ投入回路5の作動中にアース接地ラインδを通って再び第1コイル2aへ戻る還流電流を流す手段として、点火スイッチIGBTに対して並列に接続されるダイオード16を設けている。
Specifically, when the discharge continuation signal IGw is output, the secondary
A
さらに具体的に説明する。エネルギ投入スイッチSnetがONされる毎に1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ電気エネルギが追加される。その結果、電気エネルギが追加される毎に、主点火時と同方向の2次電流i2が2次コイル2bに順次追加して流れる。このように、2次電流コントローラ13がエネルギ投入スイッチSnetをON−OFF制御することで、火花放電を維持可能な範囲に2次電流i2が制御される。
This will be described more specifically. Every time the energy input switch Snet is turned on, electric energy is added from the minus side to the plus side of the
このことをさらに具体的に説明する。エンジンの気筒内に生じる強い気流によって火花放電が流されると、火花放電が伸張して放電電圧が上昇し、2次電流i2が減少していく。2次電流i2が所定値より減少すると、2次電流i2のフィードバック制御によりエネルギ投入スイッチSnetがONとなり、1次コイル2aに電気エネルギ量が再投入される。その結果、火花放電が気流に流されて伸張しても2次電流i2が略一定範囲内に保たれ、火花放電を維持するのに必要な放電維持電圧を維持することができ、火花放電の吹き消しを回避できる。
逆に、火花放電中に2次電流i2が増加する方向に作用すると、2次電流i2のフィードバック制御によりエネルギ投入スイッチSnetがOFFになる。すると、1次コイル2aに投入される電気エネルギ量が減らされ、結果的に2次電流i2が略一定範囲内に保たれる。
This will be described more specifically. When a spark discharge is caused by a strong air flow generated in the cylinder of the engine, the spark discharge expands, the discharge voltage increases, and the secondary current i2 decreases. When the secondary current i2 decreases from a predetermined value, the energy input switch Snet is turned on by feedback control of the secondary current i2, and the amount of electrical energy is input again to the
On the other hand, when the secondary current i2 increases in the spark discharge, the energy input switch Snet is turned off by feedback control of the secondary current i2. Then, the amount of electrical energy input to the
このようにして放電継続信号IGwの継続中は、火花放電を継続させることができるため、高い着火性を得るこができる。
また、火花放電の継続中は2次電流i2が略一定範囲内にコントロールされるため、大電流による電極摩耗の軽減効果を得ることができる。
さらに、火花放電の継続中は2次電流i2を略一定範囲内にコントロールすることで、無駄な電力消費を抑えて省エネ効果を得ることができる。
Thus, since the spark discharge can be continued during the continuation of the discharge continuation signal IGw, high ignitability can be obtained.
Further, since the secondary current i2 is controlled within a substantially constant range while the spark discharge is continued, the effect of reducing electrode wear due to a large current can be obtained.
Further, by controlling the secondary current i2 within a substantially constant range while the spark discharge is continuing, it is possible to suppress an unnecessary power consumption and obtain an energy saving effect.
点火継続信号IGwが停止されると、制御回路6に設けた2次電流コントローラ13の作動が停止して、エネルギ投入回路5の作動が停止する。この結果、エネルギ投入により継続させた火花放電が終了する。
この直後に、上述した切替手段の作動によって、1次コイル2aのプラス側にバッテリ電圧を印加する初期状態へ切り替える。
具体的には、上述した終了ディレイ制御により、第2切替スイッチS2をOFFして1次コイル2aのプラス側のアース接地を止めた後に、第1切替スイッチS1をONして1次コイル2aのプラス側にバッテリ電圧を印加する切替作動を行う。
When the ignition continuation signal IGw is stopped, the operation of the secondary
Immediately after this, the operation of the switching means described above switches to the initial state in which the battery voltage is applied to the positive side of the
Specifically, by the end delay control described above, the second changeover switch S2 is turned off to stop the grounding of the positive side of the
(実施形態1の効果1)
実施形態1の点火装置は、上述したように、エネルギ投入回路5の作動時に、1次コイル2aのプラス側をアース接地へ切り替えて、エネルギ投入回路5が投入した電気エネルギをアース接地へ流す。
これにより、エネルギ投入回路5の作動時に、車載バッテリ7のバッテリ電圧が上昇する不具合が生じない。このため、車載バッテリ7からバッテリ電圧の供給を受ける電気機器(具体的には、点火装置とは異なる車載機器類)が、エネルギ投入回路5の作動影響を受ける不具合が生じない。
即ち、この実施形態の点火装置は、車載バッテリ7からバッテリ電圧の供給を受ける電気機器が、エネルギ投入回路5の作動影響を受けて、誤作動や寿命低下を生じる懸念を回避することができる。これにより、点火装置の信頼性を高めることができる。
(
As described above, the ignition device of the first embodiment switches the plus side of the
Thereby, the malfunction that the battery voltage of the vehicle-mounted
In other words, the ignition device according to this embodiment can avoid the concern that an electrical device that receives a battery voltage supplied from the in-
(実施形態1の効果2)
実施形態1の点火装置は、上述したように、エネルギ投入回路5の作動時に、1次コイル2aのプラス側をアース接地へ切り替える。
このため、1次コイル2aのマイナス側に投入する電気エネルギの電圧を、従来技術に比較して「バッテリ電圧分」低く設定することが可能になる。理解補助の目的で具体的な数値例を開示すると、車載バッテリ7の「規定バッテリ電圧が12V」の場合には、1次コイル2aに投入する電気エネルギの電圧を「12V分」低く設定することが可能になる。
これにより、昇圧回路11の昇圧比を抑えることができ、昇圧回路11の小型化及び低コスト化が可能になる。即ち、エネルギ投入回路5を搭載する点火装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
(
As described above, the ignition device of the first embodiment switches the plus side of the
For this reason, it becomes possible to set the voltage of the electric energy input to the minus side of the
Thereby, the boost ratio of the
(実施形態1の効果3)
実施形態1では、バッテリ電圧ラインαを断続する第1切替スイッチS1と、アース接地ラインδを断続する第2切替スイッチS2とを組み合わせて切替スイッチ手段14を構成する。
このように、独立した第1切替スイッチS1と第2切替スイッチS2を用いることで、第1切替スイッチS1と第2切替スイッチS2の切替タイミングを自由に設定することが可能になる。
(
In the first embodiment, the
Thus, by using the independent first changeover switch S1 and second changeover switch S2, it becomes possible to freely set the changeover timing of the first changeover switch S1 and the second changeover switch S2.
(実施形態1の効果4)
実施形態1では、エネルギ投入回路5が作動する直前に、第1切替スイッチS1をON状態からOFF状態へ切替え、その後に第2切替スイッチS2をOFF状態からON状態へ切り替える開始ディレイ制御を実施する。
また、この実施形態1では、エネルギ投入回路5の作動が停止した直後に、第2切替スイッチS2をON状態からOFF状態へ切り替え、その後に第1切替スイッチS1をOFF状態からON状態へ切替る終了ディレイ制御を実施する。
これにより、切替スイッチ手段14の切替作動時に、バッテリショート等の不具合が生じず、点火装置の信頼性を高めることができる。
(Effect 4 of Embodiment 1)
In the first embodiment, immediately before the
Further, in the first embodiment, immediately after the operation of the
Thereby, at the time of the switching operation of the changeover switch means 14, problems such as a battery short-circuit do not occur, and the reliability of the ignition device can be improved.
[実施形態2]
図3に基づいて実施形態2を説明する。
なお、以下の各実施形態において上記実施形態1と同一符合は同一機能物を示すものである。また、以下の各実施形態では、実施形態1に対する変更箇所のみを開示するものであり、説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。
[Embodiment 2]
A second embodiment will be described with reference to FIG.
In the following embodiments, the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same functional objects. Further, in each of the following embodiments, only a changed part with respect to the first embodiment is disclosed, and a form described in advance is adopted for a part not described.
上記実施形態1では、昇圧回路11にバッテリ電圧を供給する昇圧回路給電ラインγが、エネルギ投入回路5の作動時に、アース接地へ切り替えられる例を示した。
これに対し、この実施形態2は、昇圧回路給電ラインγを第1切替スイッチS1より車載バッテリ7側に接続するものである。即ち、昇圧回路給電ラインγに独立したスイッチS3(例えば、常閉型のリレースイッチ等)を設けるものである。
In the first embodiment, the example in which the booster circuit power supply line γ that supplies the battery voltage to the
On the other hand, in the second embodiment, the booster circuit power supply line γ is connected to the
この実施形態2では、制御回路6にエネルギ投入回路5の故障判定手段17を設ける。この故障判定手段17は、エネルギ投入回路5が万が一に故障した場合に、スイッチS3をOFFさせる。これにより、エネルギ投入回路5が万が一に故障した場合であっても、エネルギ投入回路5のみを停止させることが可能になり、主点火回路4によってエンジンの運転を継続することができる。
In the second embodiment, the
[実施形態3]
図4〜図6に基づいて実施形態3を説明する。
上記実施形態1のエネルギ投入回路5は、昇圧回路11で昇圧した電気エネルギーを1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギを投入することで主点火回路4の作動によって生じた火花放電を継続させる例を示した。
これに対し、この実施形態3のエネルギ投入回路5は、1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ向けてバッテリ電圧を供給することで主点火回路4の作動によって生じた火花放電を継続させるものである。
[Embodiment 3]
In the
On the other hand, the
即ち、実施形態1、2で示した昇圧回路11を廃止する。そして、火花放電の継続を行う際は、上述した実施形態1と同様の切替制御を実施する。
具体的には、ECU3から放電継続信号IGwが出力されると、制御回路6が第1切替スイッチS1をOFFするとともに第2切替スイッチS2をONして1次コイル2aのプラス側をアース接地させる。その状態で、制御回路6がエネルギ投入スイッチSnetをON−OFF制御する。
That is, the
Specifically, when the discharge continuation signal IGw is output from the
エネルギ投入スイッチSnetがONされる毎に、バッテリ電圧が1次コイル2aのマイナス側に印加される。すると、エネルギ投入スイッチSnetがONされる毎に1次コイル2aのマイナス側からプラス側へ電気エネルギが追加される。そして、電気エネルギが追加される毎に、主点火時と同一方向の2次電流i2が2次コイル2bに追加して流れる。これにより、放電を維持するのに必要な放電維持電圧を維持することができ、点火プラグ1に生じた火花放電を継続させることができる。
Each time the energy input switch Snet is turned on, the battery voltage is applied to the negative side of the
火花放電を継続するには、所定の放電維持電圧を発生させる必要がある。この放電維持電圧と1次コイル2aの1次電圧には、1次コイル2aと2次コイル2bの巻数比分の1という関係がある。1次コイル2aへのエネルギ投入は、放電維持電圧に対応する1次電圧以上の電圧が必要となる。
1次コイル2aに印加する1次電圧と巻線比と放電維持電圧の関係を図5に示す。
図中実線Aは、巻数比60における1次電圧と放電維持電圧の関係を示す。
図中実線Bは、巻数比80における1次電圧と放電維持電圧の関係を示す。
図中実線Cは、巻数比100における1次電圧と放電維持電圧の関係を示す。
図中実線Dは、巻数比200における1次電圧と放電維持電圧の関係を示す。
なお、図5中の破線Eは12Vのバッテリ電圧を示し、図5中の破線Fは48Vのバッテリ電圧を示す。
In order to continue the spark discharge, it is necessary to generate a predetermined discharge sustaining voltage. The discharge sustaining voltage and the primary voltage of the
FIG. 5 shows the relationship between the primary voltage applied to the
A solid line A in the figure shows the relationship between the primary voltage and the sustaining voltage at a turn ratio of 60.
The solid line B in the figure shows the relationship between the primary voltage and the discharge sustain voltage at a turn ratio of 80.
The solid line C in the figure shows the relationship between the primary voltage and the discharge sustain voltage at a turn ratio of 100.
A solid line D in the figure shows the relationship between the primary voltage and the sustaining voltage at a turn ratio of 200.
A broken line E in FIG. 5 indicates a battery voltage of 12V, and a broken line F in FIG. 5 indicates a battery voltage of 48V.
一般的に、放電維持電圧は、2kV以上あれば放電を維持することができる。
また、一般的に多く用いられる定格電圧が12Vの車載バッテリ7の場合、電気負荷によって一時的に10Vに下がる懸念がある。
このため、図5から明らかなように、巻数比は200以上あれば、バッテリ電圧が10Vに下がった状態であっても、火花放電を維持するのに必要とされる放電維持電圧を発生させることができる。そこで、この実施形態では、巻数比を200以上に設定する。
In general, if the sustaining voltage is 2 kV or more, the discharge can be maintained.
Moreover, in the case of the in-
For this reason, as is clear from FIG. 5, if the turn ratio is 200 or more, even if the battery voltage is lowered to 10V, the discharge sustain voltage required to maintain the spark discharge is generated. Can do. Therefore, in this embodiment, the turn ratio is set to 200 or more.
(実施形態3の効果1)
切替スイッチ手段14を設けたことで、実施形態1で示した昇圧回路11を無くすことができる。
このため、火花放電の継続を行うことができる点火装置の小型化が可能になるとともに、コストを抑えることが可能になる。
(
By providing the changeover switch means 14, the
For this reason, it is possible to reduce the size of the ignition device capable of continuing the spark discharge and to reduce the cost.
(実施形態3の効果2)
また、昇圧回路11を無くすことにより、エネルギ投入回路5と制御回路6を小型にできる。このため、これまで点火コイル2とは別の場所に設置していたエネルギ投入回路5と制御回路6を、図6に示すように1つの回路20に設け、その回路20を各点火コイル2毎に内蔵させることが可能になる。
このように小型化されたエネルギ投入回路5と制御回路6を各点火コイル2毎に内蔵させることで、火花放電の継続を行うことができる点火装置の車両搭載性を飛躍的に高めることができる。
(
Further, by eliminating the
By incorporating the miniaturized
なお、図6中に示す符号IGt1と符号IGw1は、第1気筒の点火プラグ1の火花放電を制御する点火信号IGtと放電継続信号IGwである。
図6中に示す符号IGt2と符号IGw2は、第2気筒の点火プラグ1の火花放電を制御する点火信号IGtと放電継続信号IGwである。
図6中に示す符号IGt3と符号IGw3は、第3気筒の点火プラグ1の火花放電を制御する点火信号IGtと放電継続信号IGwである。
図6中に示す符号IGt4と符号IGw4は、第4気筒の点火プラグ1の火花放電を制御する点火信号IGtと放電継続信号IGwである。
In addition, the code | symbol IGt1 and code | symbol IGw1 shown in FIG. 6 are the ignition signal IGt and the discharge continuation signal IGw which control the spark discharge of the
Symbols IGt2 and IGw2 shown in FIG. 6 are an ignition signal IGt and a discharge continuation signal IGw for controlling the spark discharge of the
Symbols IGt3 and IGw3 shown in FIG. 6 are an ignition signal IGt and a discharge continuation signal IGw for controlling the spark discharge of the
Symbols IGt4 and IGw4 shown in FIG. 6 are an ignition signal IGt and a discharge continuation signal IGw for controlling the spark discharge of the
[他の実施形態]
上記の実施形態では、切替スイッチ手段14の一例として半導体型スイッチを用いる例を示したが、限定するものではなく、例えば機械的な開閉動作を伴うリレー等を用いても良い。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, an example in which a semiconductor switch is used as an example of the
上記の実施形態では、ガソリンエンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、火花放電の継続によって混合気の着火性の向上を図ることができるため、エタノール燃料や混合燃料を用いるエンジンに適用しても良い。もちろん、粗悪燃料が用いられる可能性のあるエンジンに用いて着火性の向上を図っても良い。 In the above embodiment, an example in which the ignition device of the present invention is used in a gasoline engine has been shown. However, since ignition of the air-fuel mixture can be improved by continuing spark discharge, an engine using ethanol fuel or mixed fuel is used. It may be applied. Of course, the ignitability may be improved by using an engine in which poor fuel may be used.
上記の実施形態では、着火性が悪化する希薄燃焼時の着火性を向上させる例を示したが、希薄燃焼とは異なる燃焼状態であっても着火性の向上を図ることができるため、希薄燃焼を行わないエンジンに用いても良い。 In the above embodiment, an example of improving the ignitability at the time of lean combustion in which the ignitability deteriorates has been described, but since the ignitability can be improved even in a combustion state different from the lean combustion, the lean combustion You may use for the engine which does not perform.
また、スロットルバルブの吸気下流へEGRガスを戻す高EGRエンジンに適用し、多量のEGRガスをエンジンへ戻す高EGR時に着火性の向上を図っても良い。
同様に、着火性が低下するエンジン低温時に火花放電の継続を実施して、エンジン低温時における着火性の向上を図っても良い。
Further, the present invention may be applied to a high EGR engine that returns EGR gas to the downstream side of the intake of the throttle valve to improve ignitability at the time of high EGR when a large amount of EGR gas is returned to the engine.
Similarly, ignitability may be improved at low engine temperatures by continuing spark discharge at low engine temperatures at which ignitability decreases.
上記の実施形態では、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式エンジンに本発明の点火装置を用いる例を示したが、もちろん限定するものではなく、吸気バルブの吸気上流に燃料を噴射するポート噴射式のエンジンに用いても良い。 In the above embodiment, an example in which the ignition device of the present invention is used in a direct injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber has been described. However, the present invention is not limited to this, and port injection that injects fuel upstream of an intake valve It may be used for a formula engine.
上記の実施形態では、混合気の旋回流を気筒内にて積極的に生じさせるエンジンに本発明の点火装置を用い、旋回流による火花放電の吹き消しを回避する例を開示したが、旋回流コントロール手段を有しないエンジンに用いても良い。 In the above embodiment, an example in which the ignition device of the present invention is used for an engine that actively generates a swirling flow of an air-fuel mixture in a cylinder and spark discharge due to the swirling flow is avoided is disclosed. You may use for the engine which does not have a control means.
上記の実施形態では、DIタイプの点火装置に本発明を適用したが、限定するものではない。 In the above embodiment, the present invention is applied to a DI type ignition device, but is not limited thereto.
1 点火プラグ
2 点火コイル
2a 1次コイル
2b 2次コイル
4 主点火回路
5 エネルギ投入回路
14 切替スイッチ手段(切替手段)
15 制御回路に設けた切替制御手段(切替手段)
DESCRIPTION OF
15 Switching control means (switching means) provided in the control circuit
Claims (4)
前記2次コイルに生じた高電圧により火花放電を行う点火プラグ(1)と、
前記1次コイルのプラス側からマイナス側へ向けて1次電流(i1)を流し、この1次電流(i1)の切断により前記2次コイルに高電圧を生じさせる主点火回路(4)と、
この主点火回路の作動によって生じた火花放電中に前記1次コイルのマイナス側からプラス側へ向けて電気エネルギを投入することで前記主点火回路の作動によって生じた火花放電を継続させるエネルギ投入回路(5)と、
このエネルギ投入回路の作動時に前記1次コイルのプラス側をアース接地へ切り替える切替手段(14、15)と、
を具備する内燃機関用点火装置。 An ignition coil (2) having a primary coil (2a) and a secondary coil (2b);
A spark plug (1) for performing a spark discharge by a high voltage generated in the secondary coil;
A main ignition circuit (4) for causing a primary current (i1) to flow from the positive side to the negative side of the primary coil and generating a high voltage in the secondary coil by cutting the primary current (i1);
An energy input circuit for continuing the spark discharge generated by the operation of the main ignition circuit by supplying electric energy from the negative side to the positive side of the primary coil during the spark discharge generated by the operation of the main ignition circuit. (5) and
Switching means (14, 15) for switching the positive side of the primary coil to earth ground when the energy input circuit is operated;
An internal combustion engine ignition device.
この内燃機関用点火装置は、
前記1次コイルのプラス側へバッテリ電圧の供給を行うバッテリ電圧ライン(α)と、
前記1次コイルのプラス側をアース接地させるアース接地ライン(δ)とを備えるものであり、
前記切替手段は、
前記1次コイルのプラス側を、前記バッテリ電圧ラインまたは前記アース接地ラインの一方へ切り替える切替スイッチ手段(14)と、
この切替スイッチ手段を制御して、前記エネルギ投入回路の作動時に前記1次コイルのプラス側をアース接地へ切り替える切替制御手段(15)とを具備することを特徴とする内燃機関用点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to claim 1,
This internal combustion engine ignition device is
A battery voltage line (α) for supplying battery voltage to the positive side of the primary coil;
An earth ground line (δ) for grounding the positive side of the primary coil,
The switching means is
Changeover switch means (14) for switching the positive side of the primary coil to one of the battery voltage line or the earth ground line;
An ignition device for an internal combustion engine, comprising: switching control means (15) for controlling the changeover switch means to switch the positive side of the primary coil to earth ground when the energy input circuit is operated.
前記切替スイッチ手段は、
前記バッテリ電圧ラインを断続する第1切替スイッチ(S1)と、
前記アース接地ラインを断続する第2切替スイッチ(S2)とを組み合わせるものであり、
前記切替制御手段は、
前記エネルギ投入回路が作動する直前に、前記第1切替スイッチをオン状態からオフ状態へ切替えた後に、前記第2切替スイッチをオフ状態からオン状態へ切り替える開始ディレイ制御を実施するとともに、
前記エネルギ投入回路の作動が停止した直後に、前記第2切替スイッチをオン状態からオフ状態へ切り替えた後に、前記第1切替スイッチをオフ状態からオン状態へ切替る終了ディレイ制御を実施することを特徴とする内燃機関用点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to claim 2,
The changeover switch means includes
A first changeover switch (S1) for intermittently connecting the battery voltage line;
In combination with the second changeover switch (S2) for intermittently connecting the earth ground line,
The switching control means includes
Immediately before the energy input circuit is activated, after the first changeover switch is switched from the on state to the off state, a start delay control is performed to switch the second changeover switch from the off state to the on state.
Immediately after the operation of the energy input circuit is stopped, after the second switch is switched from the on state to the off state, an end delay control is performed to switch the first switch from the off state to the on state. An ignition device for an internal combustion engine characterized by the above.
前記エネルギ投入回路は、前記1次コイルのマイナス側からプラス側へ向けてバッテリ電圧を供給することで前記主点火回路の作動によって生じた火花放電を継続させることを特徴とする内燃機関用点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to any one of claims 1 to 3,
The internal combustion engine ignition device characterized in that the energy input circuit continues the spark discharge generated by the operation of the main ignition circuit by supplying a battery voltage from the negative side to the positive side of the primary coil. .
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