JP2016094859A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform secure ignition by an ignition device which supplies AC power for an electric spark of a dielectric breakdown discharge by protecting a high-frequency AC power source even when a discharge current is discharged from a resonance capacitor of an impedance matching circuit.SOLUTION: A first AC power source which supplies an AC current to a first ignition plug is connected to a primary-side first winding of a transformer which supplies high-frequency AC power, and a first impedance matching circuit which performs impedance matching between a first discharge power source supplying a current for discharge to the first ignition plug and the first AC power source is connected to a secondary-side second winding of the transformer. A third winding is provided on the primary side of the transformer, discharge energy consumption means of consuming energy discharged from the first impedance matching circuit is connected to the third winding, and in an ignition operation by the first power source for discharge, energy discharged from a resonance capacitor of the first impedance matching circuit is consumed by the discharge energy consumption means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、点火プラグを備えた内燃機関用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 provided with a spark plug.

内燃機関の燃費を向上させる手法として、希薄燃料ガスや排気ガスの一部を吸気側へ導き再度吸気させる再循環システム(EGR:Exhaust Gas Recirculation)および高圧縮比の実現などが進められているが、いずれも着実な点火が課題であり、着火性を高める必要がある。   As a technique for improving the fuel consumption of an internal combustion engine, a recirculation system (EGR: Exhaust Gas Recirculation) that introduces a portion of lean fuel gas or exhaust gas to the intake side and re-intakes air, and realization of a high compression ratio are being promoted In both cases, steady ignition is an issue, and it is necessary to improve ignitability.

内燃機関用点火装置において着火性を高める一つの提案として、特許文献1に示すRF(Radio Frequency:無線周波数)点火装置がある。一般的な内燃機関用点火装置では、点火コイルとイグナイタで構成された放電用電源によって高電圧を発生させ、点火プラグの電極間に絶縁破壊放電を発生させるものであるのに対して、このRF点火装置とは、放電用電源以外に、交流電源を追加するもので、放電用電源による絶縁破壊放電点火の直後に点火プラグの電極間に高周波電圧を供給して高温・高圧のRFプラズマを継続して発生させることによって、燃料ガスへの着火性を高めるように構成されている。   As one proposal for improving ignitability in an ignition device for an internal combustion engine, there is an RF (Radio Frequency) ignition device disclosed in Patent Document 1. In a general internal combustion engine ignition device, a high voltage is generated by a discharge power source composed of an ignition coil and an igniter, and a dielectric breakdown discharge is generated between the electrodes of the ignition plug. The ignition device is an AC power supply in addition to the discharge power supply, and immediately after the dielectric breakdown discharge ignition by the discharge power supply, a high-frequency voltage is supplied between the electrodes of the spark plug to continue the high-temperature and high-pressure RF plasma. Thus, it is configured to improve the ignitability to the fuel gas.

特許第5320474号公報Japanese Patent No. 5320474

特許文献1に提案されているRF点火装置では、放電用電源から出力される高電圧の伝送路と、交流電源から出力される交流電流の伝送路とを一つの伝送路にまとめて点火プラグに接続されており、この一つにまとめた伝送路と交流電源との間にはインピーダンスマッチング回路が設けられ、交流電源側の出力インピーダンスと点火プラグ側の入力インピーダンスとが一致するように構成され、点火プラグに供給される交流電力の減衰防止が図られている。   In the RF ignition device proposed in Patent Document 1, a high-voltage transmission path output from a discharge power supply and an AC current transmission path output from an AC power supply are combined into one transmission path into an ignition plug. An impedance matching circuit is provided between the transmission line and the AC power source integrated into this one, and the output impedance on the AC power source side and the input impedance on the spark plug side are configured to match, Attenuation of AC power supplied to the spark plug is prevented.

しかし、点火時の絶縁破壊放電では点火プラグの電極間に高電圧が印加され、インピーダンスマッチング回路内の共振コンデンサにも同電圧が印加され、この共振コンデンサからの放電電流が交流電源側に流入することになる。一方、高周波点火動作時に、点火プラグの電極間に高電圧を印加させるため、インピーダンスマッチング回路と交流電源との間には昇圧と絶縁を目的としたトランスが用いられており、このトランスによって、共振コンデンサからの放電電流は、トランスにおける巻数比倍され、大電流が交流電源のスイッチング回路に流入することになる。一般的に、交流電源のスイッチング回路には、高周波駆動を目的とした半導体スイッチ素子を使用しており、絶縁破壊放電時に流入する電流の整流に適した整流素子を備えていない。そのため、半導体スイッチ素子が破壊され、交流電源が故障する恐れがある。
また、多気筒に構成されている場合、気筒の各々に設けられた点火プラグに対して放電用電源と交流電源の二つの電源を設ける必要があることから点火装置が大型化するという課題がある。
However, in the dielectric breakdown discharge at the time of ignition, a high voltage is applied between the electrodes of the spark plug, the same voltage is also applied to the resonance capacitor in the impedance matching circuit, and the discharge current from this resonance capacitor flows into the AC power supply side. It will be. On the other hand, in order to apply a high voltage between the electrodes of the spark plug during high-frequency ignition operation, a transformer for boosting and insulation is used between the impedance matching circuit and the AC power supply. The discharge current from the capacitor is multiplied by the turns ratio in the transformer, and a large current flows into the switching circuit of the AC power supply. In general, a switching circuit of an AC power supply uses a semiconductor switching element for the purpose of high-frequency driving, and does not include a rectifying element suitable for rectifying a current flowing during dielectric breakdown discharge. Therefore, there is a possibility that the semiconductor switch element is destroyed and the AC power supply fails.
In addition, in the case of a multi-cylinder configuration, it is necessary to provide two power sources, a discharge power source and an AC power source, with respect to a spark plug provided in each of the cylinders. .

この発明は、前述のような問題を解決するためになされたものであり、絶縁破壊放電時にインピーダンスマッチング回路の共振コンデンサから放電電流が放出されても交流電源を保護して、確実な点火を行う内燃機関用点火装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and protects the AC power source even when discharge current is discharged from the resonant capacitor of the impedance matching circuit during dielectric breakdown discharge, thereby performing reliable ignition. An object of the present invention is to provide an ignition device for an internal combustion engine.

この発明に係る内燃機関用点火装置は、絶縁破壊放電用の放電用電源と交流電源と点火プラグを有する内燃機関用点火装置において、トランスの一次側の第1巻線に、第1の点火プラグに交流電流を供給する第1の交流電源が接続され、前記トランスの二次側の第2巻線に、前記第1の点火プラグに放電用電流を供給する第1の放電用電源と前記第1の交流電源とのインピーダンスマッチングを行う第1のインピーダンスマッチング回路が接続され、前記トランスの前記一次側に第3巻線が設けられ、前記第3巻線に前記第1のインピーダンスマッチング回路から放電されたエネルギーを消費する放電エネルギー消費手段が接続され、第1の放電用電源による点火動作時に、前記第1のインピーダンスマッチング回路の共振用コンデンサから放電されたエネルギーを放電エネルギー消費手段にて消費させるものである。   An ignition device for an internal combustion engine according to the present invention is the ignition device for an internal combustion engine having a discharge power source for dielectric breakdown discharge, an AC power source, and an ignition plug, and the first ignition plug is connected to the first winding on the primary side of the transformer. A first alternating current power source for supplying an alternating current to the second winding of the transformer is connected to the first winding for supplying a discharging current to the first spark plug; A first impedance matching circuit for impedance matching with one AC power source is connected, a third winding is provided on the primary side of the transformer, and the third winding is discharged from the first impedance matching circuit. Discharge energy consuming means for consuming the generated energy is connected, and from the resonance capacitor of the first impedance matching circuit during the ignition operation by the first discharge power source It is intended to consume the electric energy by the discharge energy consumption means.

また、この発明に係る内燃機関用点火装置は、前記トランスの第3巻線に接続される放電エネルギー消費手段が、第2の点火プラグに交流電流を供給する第2の交流電源であって、前記第1のインピーダンスマッチング回路から放電されたエネルギーを前記第1の交流電源と前記第2の交流電源に分流して消費させるようにしたものである。   In the internal combustion engine ignition device according to the present invention, the discharge energy consuming means connected to the third winding of the transformer is a second AC power source for supplying an AC current to the second ignition plug, The energy discharged from the first impedance matching circuit is divided and consumed by the first AC power source and the second AC power source.

この発明に係る内燃機関用点火装置においては、トランスの第3巻線に放電エネルギー消費手段を接続することによって、放電用電源による点火動作時にインピーダンスマッチング回路の共振用コンデンサから放電されたエネルギーを放電エネルギー消費手段にて消費させることによって、交流電源に過大な電流が流れることを防ぎ、交流電源の半導体スイッチ素子を保護することができる。
また、第3巻線に接続される放電エネルギー消費手段として、他の点火プラグに交流電流を供給する交流電源を使用することによって、簡素な構成の内燃機関用点火装置を提供することができる。
In the internal combustion engine ignition device according to the present invention, the discharge energy consuming means is connected to the third winding of the transformer to discharge the energy discharged from the resonance capacitor of the impedance matching circuit during the ignition operation by the discharge power source. When consumed by the energy consuming means, it is possible to prevent an excessive current from flowing through the AC power supply and protect the semiconductor switch element of the AC power supply.
In addition, an internal combustion engine ignition device having a simple configuration can be provided by using an AC power supply for supplying an AC current to another spark plug as the discharge energy consuming means connected to the third winding.

この発明の実施の形態1の内燃機関用点火装置に係る構成のブロック図である。1 is a block diagram of a configuration related to an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. この発明の実施の形態1の内燃機関用点火装置に係る回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structural example which concerns on the internal combustion engine ignition device of Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態3の内燃機関用点火装置に係る回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of a circuit structure based on the internal combustion engine ignition device of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の内燃機関用点火装置に係る点火タイミングを示す図である。It is a figure which shows the ignition timing which concerns on the internal combustion engine ignition device of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4の内燃機関用点火装置に係る構成のブロック図である。It is a block diagram of the structure which concerns on the internal combustion engine ignition device of Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5の内燃機関用点火装置に係る構成のブロック図である。It is a block diagram of the structure which concerns on the internal combustion engine ignition device of Embodiment 5 of this invention.

以下、この発明の実施の形態に係る内燃機関用点火装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付けて説明する。   Hereinafter, an ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings will be denoted by the same reference numerals.

実施の形態1.
実施の形態1は、点火プラグと絶縁破壊放電用電源と高周波交流電源を有する内燃機関用点火装置において、高周波交流電源は、直流電源とトランスの一時側の第1巻線との間に接続され、直流/交流の電力変換を行うスイッチング回路と、トランスの第2巻線の交流電圧、交流電流を共振させるインピーダンスマッチング回路と、トランスの第3巻線の接続を切り替えるスイッチを備え、絶縁破壊放電用電源による点火動作時は、スイッチをオンとしてインピーダンスマッチング回路から流入する容量放電電流をトランスの第3巻線のバイパス回路に流すようにした内燃機関用点火装置を表している。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 is an internal combustion engine ignition device having an ignition plug, a dielectric breakdown discharge power source, and a high-frequency AC power source. The high-frequency AC power source is connected between the DC power source and the first winding on the temporary side of the transformer. A breakdown circuit including a switching circuit for performing DC / AC power conversion, an impedance matching circuit for resonating the AC voltage and AC current of the second winding of the transformer, and a switch for switching the connection of the third winding of the transformer. In the ignition operation by the power source for an internal combustion engine, the ignition device for the internal combustion engine is configured such that the capacitive discharge current flowing from the impedance matching circuit flows through the bypass circuit of the third winding of the transformer by turning on the switch.

図1は、この発明に係る実施形態1を示す構成のブロック図である。点火プラグ6には絶縁破壊放電用電源7から絶縁破壊で生じた電流と、高周波交流電源2から高周波交流電流が供給されるように構成されており、それらの電流の伝送路のインピーダンスマッチングをとるためにインピーダンスマッチング回路5が設けられている。インピーダンスマッチング回路5は、トランス3を介して高周波交流電圧を生成する高周波交流電源2とトランス3の第3巻線の開放と短絡を切り替えるバイパス回路4に接続されている。そして、高周波交流電源2は直流電源1と接続されている。絶縁破壊放電用電源7の出力制御、高周波交流電源2の出力の制御及びバイパス回路4のスイッチ制御は、制御装置8からの制御信号によってコントロールされている。   FIG. 1 is a block diagram of a configuration showing Embodiment 1 according to the present invention. The spark plug 6 is configured to be supplied with a current generated by dielectric breakdown from the power supply for dielectric breakdown discharge 7 and a high-frequency AC current from the high-frequency AC power supply 2, and impedance matching of the transmission path of these currents is taken. For this purpose, an impedance matching circuit 5 is provided. The impedance matching circuit 5 is connected to a high-frequency AC power source 2 that generates a high-frequency AC voltage via the transformer 3 and a bypass circuit 4 that switches open and short of the third winding of the transformer 3. The high frequency AC power supply 2 is connected to the DC power supply 1. The output control of the dielectric breakdown discharge power supply 7, the output control of the high-frequency AC power supply 2, and the switch control of the bypass circuit 4 are controlled by control signals from the control device 8.

図2に、高周波交流電源2、トランス3、バイパス回路4、インピーダンスマッチング回路5の回路構成例を示す。
直流電源1とトランス3の一次側の第1巻線との間に高周波交流電源2が接続されている。この高周波交流電源2のスイッチング回路の構成の一例としては、フルブリッジ回路が用いられる。車両用のエンジンの点火装置の場合、直流電源1は鉛バッテリが用いられ、数kVの電圧をプラグ間に印加するため、トランス3は高い昇圧比をもつ巻数比となっている。トランス3の昇圧比を緩和させるため、高周波交流電源2の中に昇圧機能を持たせた回路、すなわち昇圧チョッパ回路を直流電源1とフルブリッジ回路の間に挿入する構成もある。トランス3の二次側の第2巻線と点火プラグ6との間にはインピーダンスマッチング回路5が接続されており、共振回路の一例としては、直列型LC共振回路が用いられる。なお、他の共振回路を適用しても同様の点火動作を行うことが可能であることは言うまでもない。
FIG. 2 shows a circuit configuration example of the high-frequency AC power source 2, the transformer 3, the bypass circuit 4, and the impedance matching circuit 5.
A high frequency AC power supply 2 is connected between the DC power supply 1 and the first winding on the primary side of the transformer 3. As an example of the configuration of the switching circuit of the high-frequency AC power supply 2, a full bridge circuit is used. In the case of a vehicle engine ignition device, a lead battery is used as the DC power source 1 and a voltage of several kV is applied between the plugs. Therefore, the transformer 3 has a high turn ratio with a high step-up ratio. In order to reduce the step-up ratio of the transformer 3, there is a configuration in which a circuit having a step-up function in the high-frequency AC power source 2, that is, a step-up chopper circuit is inserted between the DC power source 1 and the full bridge circuit. An impedance matching circuit 5 is connected between the second winding on the secondary side of the transformer 3 and the spark plug 6, and a series LC resonance circuit is used as an example of the resonance circuit. It goes without saying that the same ignition operation can be performed even if another resonance circuit is applied.

図2においては、トランス3の一次側の第3巻線はバイパス回路4と接続され、回路構成としては第3巻線の開放または短絡を行うスイッチのみの構成を示している。
高周波交流電源2のスイッチング回路は、高周波駆動が求められるため、半導体スイッチとしてはMOSFETが使用されるが、バイパス回路4のスイッチは、低周波数の点火周波数に合わせるためIGBTやMOSFETなどの半導体スイッチング素子が使用される。
In FIG. 2, the third winding on the primary side of the transformer 3 is connected to the bypass circuit 4, and as a circuit configuration, only a switch that opens or shorts the third winding is shown.
Since the switching circuit of the high-frequency AC power supply 2 requires high-frequency driving, a MOSFET is used as a semiconductor switch. However, the switch of the bypass circuit 4 is a semiconductor switching element such as an IGBT or MOSFET in order to match the ignition frequency of a low frequency. Is used.

次に、この内燃機関用点火装置の動作について説明する。内燃機関用点火装置の大まかな機能としては、絶縁破壊放電用電源7から数10kVの電圧を点火プラグ6の電極間に印加し、プラグの絶縁破壊放電を起こす。その後、高周波交流電源2から、数kVの電圧を数MHzの高周波で点火プラグ6の電極間に印加し、RFプラズマを継続して発生させる。
以下、バイパス回路4の動作を含めた詳細な動作を説明する。
Next, the operation of the internal combustion engine ignition device will be described. As a rough function of the ignition device for an internal combustion engine, a voltage of several tens of kV is applied between the electrodes of the spark plug 6 from the dielectric breakdown discharge power source 7 to cause a dielectric breakdown discharge of the plug. Thereafter, a voltage of several kV is applied between the electrodes of the spark plug 6 at a high frequency of several MHz from the high-frequency AC power source 2, and RF plasma is continuously generated.
Hereinafter, detailed operations including the operation of the bypass circuit 4 will be described.

絶縁破壊放電用電源7から数10kVの電圧を点火プラグ6の電極間に印加し、点火プラグ6の電極間に絶縁破壊放電が生じる。その際に、インピーダンスマッチング回路5の共振用コンデンサには点火プラグ6の電極間の電圧と同じ電圧が印加される。この共振用コンデンサに充電されたエネルギーは、共振用リアクトルと共振用コンデンサの共振周波数で振動する電圧及び電流として放電される。この放電電流はトランス3を介して、高周波交流電源2に流される。この放電電流が高周波交流電源2に流れることを回避するため、トランス3の一次側に第3巻線を設け、この第3巻線にバイパス回路4を接続している。   A voltage of several tens of kV is applied between the electrodes of the spark plug 6 from the power supply 7 for dielectric breakdown discharge, and a dielectric breakdown discharge is generated between the electrodes of the spark plug 6. At that time, the same voltage as the voltage between the electrodes of the spark plug 6 is applied to the resonance capacitor of the impedance matching circuit 5. The energy charged in the resonance capacitor is discharged as a voltage and a current that vibrate at the resonance frequency of the resonance reactor and the resonance capacitor. This discharge current is passed through the transformer 3 to the high-frequency AC power supply 2. In order to avoid this discharge current from flowing to the high-frequency AC power source 2, a third winding is provided on the primary side of the transformer 3, and the bypass circuit 4 is connected to the third winding.

ここではバイパス回路4の半導体スイッチを絶縁破壊放電の開始前からオンにして、第3巻線を短絡させる。これにより、放電電流は高周波交流電源2とバイパス回路4に分流され、インピーダンスの小さいバイパス回路4に支配的な電流が流れる。
そして、放電電流の共振が十分に減衰した後に、バイパス回路4の半導体スイッチをオフにし、高周波交流電源2から高周波点火動作を始動する。これにより、トランス3の一次側の第3巻線の影響を受けることなく、高周波点火動作を行うことができる。バイパス回路4の半導体スイッチは、高周波点火動作時でもオンを保持しても高周波点火動作を行うことが可能であるが、バイパス回路4にも高周波電流が流れ、損失が発生するため、高周波点火動作時にはオフとすることが好ましい。
トランス3の第3巻線とバイパス回路4を用意せず、放電電流を整流する方策として、高周波交流電源2のスイッチング回路の半導体素子を並列接続にして半導体素子の1個当たりの電流量を低減することが考えられる。しかし、半導体素子数が増加することになり、装置が大型になる。
Here, the semiconductor switch of the bypass circuit 4 is turned on before the start of the dielectric breakdown discharge, and the third winding is short-circuited. As a result, the discharge current is divided into the high-frequency AC power supply 2 and the bypass circuit 4, and a dominant current flows through the bypass circuit 4 having a small impedance.
Then, after the resonance of the discharge current is sufficiently attenuated, the semiconductor switch of the bypass circuit 4 is turned off, and the high-frequency ignition operation is started from the high-frequency AC power supply 2. Thereby, the high frequency ignition operation can be performed without being affected by the third winding on the primary side of the transformer 3. Although the semiconductor switch of the bypass circuit 4 can perform a high-frequency ignition operation even if the semiconductor switch is kept on even during the high-frequency ignition operation, a high-frequency current flows through the bypass circuit 4 and a loss occurs. Sometimes it is preferred to turn it off.
As a measure to rectify the discharge current without preparing the third winding of the transformer 3 and the bypass circuit 4, the semiconductor elements of the switching circuit of the high-frequency AC power supply 2 are connected in parallel to reduce the amount of current per semiconductor element. It is possible to do. However, the number of semiconductor elements increases and the apparatus becomes large.

以上説明したように、実施の形態1の内燃機関用点火装置においては、バイパス回路4が、インピーダンスマッチング回路5からのエネルギーを消費する放電エネルギー消費手段として機能することになり、上記の構成にしたことで絶縁破壊放電時の放電電流が高周波交流電源2に流れず、高周波交流電源に使用される半導体スイッチに過大な電流が流れるのを防ぐことができる。   As described above, in the ignition device for an internal combustion engine of the first embodiment, the bypass circuit 4 functions as a discharge energy consuming means for consuming energy from the impedance matching circuit 5, and has the above-described configuration. As a result, the discharge current during the dielectric breakdown discharge does not flow to the high-frequency AC power supply 2, and an excessive current can be prevented from flowing to the semiconductor switch used for the high-frequency AC power supply.

実施の形態2.
実施の形態2の内燃機関用点火装置は、実施の形態1のトランス3の一次側に設けられた第3巻線の巻数比を最小としたものである。
以下、実施の形態2の内燃機関用点火装置の効果について説明する。
実施の形態1におけるトランス3の一次側の第1巻線と二次側の第2巻線の巻数比は、高周波交流電源2から点火プラグ6に印加したい電圧の昇圧比によって決定されるが、第1巻線、第2巻線、第3巻線の巻数比は特に制限を設けていない。
実施の形態2では、トランス3の一次側の第3巻線の巻数を最小の1とすると、絶縁放電点火時と高周波交流点火時に第3巻線に印加される電圧を低減することができる。バイパス回路4のスイッチの印加電圧は、トランス3の第3巻線に印加される電圧と等しく、第3巻線への印加電圧を低圧化することで、スイッチの要求耐圧を低減できる。低耐圧な半導体素子は特性としてオン抵抗が小さいものが多いため、絶縁破壊放電時の放電電流を整流する際に発生する導通損失を低減することが可能となる。
Embodiment 2. FIG.
The ignition device for an internal combustion engine according to the second embodiment minimizes the turn ratio of the third winding provided on the primary side of the transformer 3 according to the first embodiment.
The effects of the internal combustion engine ignition device of the second embodiment will be described below.
The turns ratio of the primary side first winding and the secondary side second winding of the transformer 3 in the first embodiment is determined by the step-up ratio of the voltage to be applied from the high-frequency AC power supply 2 to the spark plug 6. There is no particular limitation on the turn ratio of the first winding, the second winding, and the third winding.
In the second embodiment, assuming that the number of turns of the third winding on the primary side of the transformer 3 is 1, which is the minimum, the voltage applied to the third winding at the time of insulated discharge ignition and high-frequency AC ignition can be reduced. The voltage applied to the switch of the bypass circuit 4 is equal to the voltage applied to the third winding of the transformer 3, and the required breakdown voltage of the switch can be reduced by reducing the voltage applied to the third winding. Since many low-breakdown-voltage semiconductor elements have low on-resistance, it is possible to reduce conduction loss that occurs when rectifying the discharge current during dielectric breakdown discharge.

実施の形態3.
上記実施の形態1〜2において、トランス3の第3巻線に接続されたバイパス回路4は、スイッチのみの構成であったが、実施の形態2の内燃機関用点火装置のバイパス回路4では、スイッチと直列に抵抗を設けた構成としているが、バイパス回路4を異なる構成として、インピーダンスマッチング回路5からのエネルギーを消費する放電エネルギー消費手段として機能する他の実施の形態を説明する。
図3は、実施の形態3の内燃機関用点火装置の構成を示すものであり、実施の形態1との違いは、バイパス回路4の構成が、スイッチと抵抗の直列接続構成になっていることである。この抵抗を挿入する効果について、各電源の動作タイミングを示す図4に基づき説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the bypass circuit 4 connected to the third winding of the transformer 3 has only a switch. However, in the bypass circuit 4 of the internal combustion engine ignition device of the second embodiment, Although a configuration is provided in which a resistor is provided in series with the switch, another embodiment will be described in which the bypass circuit 4 is configured differently and functions as discharge energy consuming means for consuming energy from the impedance matching circuit 5.
FIG. 3 shows the configuration of the internal combustion engine ignition device of the third embodiment. The difference from the first embodiment is that the configuration of the bypass circuit 4 is a serial connection configuration of a switch and a resistor. It is. The effect of inserting this resistor will be described with reference to FIG. 4 showing the operation timing of each power source.

点火周波数は、回転数〔rpm〕によって定義され、回転数〔rpm〕/60が、点火周波数〔Hz〕となる。絶縁破壊放電点火時には、インピーダンスマッチング回路5の共振用コンデンサに同じ高電圧が印加され、図4(a)に示すように絶縁破壊放電用電源がオフとされた後、図4(d)に示すように、充電エネルギーが、共振用リアクトルと共振用コンデンサの容量で決定される共振周波数で振動しながら放電される。この放電電流は、バイパス回路4と高周波交流電源2に流入し、放電電流の共振が十分に減衰した後に、図4(b)に示すようなタイミングで高周波点火動作を行う。高周波点火動作期間は、0.1ms〜1.0msのオーダーで動作させられる。その後、次の絶縁破壊放電点火までの期間は絶縁破壊放電用電源7と高周波交流電源2は共に動作せず、この繰り返しを点火周波数で行う。ここで、バイパス回路4の半導体スイッチは、実施の形態1と同様、図4(c)に示すように、絶縁破壊放電の開始前からオンにして、第3巻線を短絡させて、放電電流を高周波交流電源2とバイパス回路4に分流し、放電電流の共振が十分に減衰した後に、オフにし、高周波交流電源2から高周波点火動作を始動する。これにより、トランス3の一次側の第3巻線の影響を受けることなく、高周波点火動作を行うことができる。   The ignition frequency is defined by the rotation speed [rpm], and the rotation speed [rpm] / 60 is the ignition frequency [Hz]. At the time of breakdown discharge ignition, the same high voltage is applied to the resonance capacitor of the impedance matching circuit 5 and the power supply for breakdown discharge is turned off as shown in FIG. In this way, the charging energy is discharged while oscillating at a resonance frequency determined by the capacity of the resonance reactor and the resonance capacitor. This discharge current flows into the bypass circuit 4 and the high-frequency AC power supply 2, and after the resonance of the discharge current is sufficiently attenuated, a high-frequency ignition operation is performed at a timing as shown in FIG. The high-frequency ignition operation period is operated on the order of 0.1 ms to 1.0 ms. Thereafter, neither the dielectric breakdown discharge power source 7 nor the high-frequency AC power source 2 operates during the period until the next breakdown discharge ignition, and this is repeated at the ignition frequency. Here, as in the first embodiment, the semiconductor switch of the bypass circuit 4 is turned on before the start of the dielectric breakdown discharge and the third winding is short-circuited as shown in FIG. Is divided into the high-frequency AC power supply 2 and the bypass circuit 4, and after the resonance of the discharge current is sufficiently attenuated, it is turned off and the high-frequency ignition operation is started from the high-frequency AC power supply 2. Thereby, the high frequency ignition operation can be performed without being affected by the third winding on the primary side of the transformer 3.

しかし、絶縁破壊放電点火から高周波点火までの期間が開きすぎると、絶縁破壊放電点火時に発生した火花が消失し、高周波点火動作による火花の増幅が行われず、着火性に課題が生じる。そこで、絶縁破壊放電で生じた火花が失火する前に高周波点火動作を行う必要があり、絶縁破壊放電点火から高周波点火を投入するまでの時間は短いことが好ましく、絶縁破壊放電点火から高周波点火を投入するまでの時間を短くするために、バイパス回路4では、スイッチと直列に抵抗を設けた構成としている。抵抗を挿入することでバイパス回路4のインピーダンスが高くなり、高周波交流電源2とバイパス回路4の分流比が変化し、バイパス回路4に流れる電流量は低減し、放電電流が早期に減衰することによって、高周波交流点火の投入を早めることができる。これにより、失火せずに安定した点火動作を行うことができる。   However, if the period from the dielectric breakdown discharge ignition to the high frequency ignition is too long, the spark generated during the dielectric breakdown discharge ignition disappears, the spark is not amplified by the high frequency ignition operation, and a problem arises in ignitability. Therefore, it is necessary to perform a high-frequency ignition operation before the spark generated by the dielectric breakdown discharge misfires, and it is preferable that the time from the dielectric breakdown discharge ignition to the introduction of the high-frequency ignition is short. In order to shorten the time until charging, the bypass circuit 4 has a configuration in which a resistor is provided in series with the switch. By inserting a resistor, the impedance of the bypass circuit 4 increases, the shunt ratio between the high-frequency AC power supply 2 and the bypass circuit 4 changes, the amount of current flowing through the bypass circuit 4 decreases, and the discharge current decays early. , High-frequency AC ignition can be accelerated. Thereby, stable ignition operation can be performed without misfiring.

実施の形態4.
実施の形態4の内燃機関用点火装置は、実施の形態1のトランス3の二次側の第2巻線を多出力の構成とし、インピーダンスマッチング回路5を並列に接続することで、多気筒の内燃機関点火装置に対して、一つの高周波交流電源2とトランス3で対応させたものである。以下、実施の形態4の内燃機関用点火装置の構成について、図5に基づいて説明する。
Embodiment 4 FIG.
The ignition device for an internal combustion engine of the fourth embodiment has a multi-output configuration of the second winding on the secondary side of the transformer 3 of the first embodiment, and the impedance matching circuit 5 is connected in parallel, thereby The internal combustion engine ignition device is associated with one high-frequency AC power source 2 and a transformer 3. Hereinafter, the configuration of the internal combustion engine ignition device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.

直流電源1とトランス3の第1巻線の間に高周波交流電源2を接続し、トランス3の第2巻線を複数の点火プラグ6の数に応じた出力を用意し、点火プラグ6の数に応じて用意されたインピーダンスマッチング回路5にそれぞれ接続する。それぞれのインピーダンスマッチング回路5は、点火プラグ6と絶縁破壊放電用電源7に接続されている。トランス3の一次側の第3巻線は、トランス3の第3巻線の開放と短絡とを切り替えるバイパス回路4に接続されている。
この構成の場合、高周波交流電源2とトランス3の台数は複数台用意することなく、1台のまま複数気筒への対応が可能となる。つまり、高周波交流電源2とトランス3が共通化できるため、装置の小型化が可能となる。
A high-frequency AC power source 2 is connected between the DC power source 1 and the first winding of the transformer 3, and outputs corresponding to the number of the plurality of spark plugs 6 are prepared for the second winding of the transformer 3. Are connected to the impedance matching circuit 5 prepared according to the above. Each impedance matching circuit 5 is connected to a spark plug 6 and a dielectric discharge power source 7. The third winding on the primary side of the transformer 3 is connected to a bypass circuit 4 that switches between opening and short-circuiting the third winding of the transformer 3.
In the case of this configuration, it is possible to cope with a plurality of cylinders without changing the number of high-frequency AC power supplies 2 and transformers 3. That is, since the high-frequency AC power supply 2 and the transformer 3 can be shared, the apparatus can be miniaturized.

また、複数の点火プラグ6を備える内燃機関用点火装置の点火タイミングは、等しい位相差をもったタイミングで点火することになる。例えば、点火プラグ6が4本の構成の場合、360度/4=90度の位相差をもって順次点火動作を行うことになる。そのため、バイパス回路4の動作は、4本の点火プラグ6の点火動作に合わせ90度毎に動作させることで、トランス3の第3巻線を多出力化させることなく実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   Further, the ignition timing of the internal combustion engine ignition device including the plurality of ignition plugs 6 is ignited at a timing having an equal phase difference. For example, when the number of the spark plugs 6 is four, the ignition operation is sequentially performed with a phase difference of 360 degrees / 4 = 90 degrees. Therefore, the operation of the bypass circuit 4 is the same as that of the first embodiment without causing the third winding of the transformer 3 to be multi-outputted by operating every 90 degrees in accordance with the ignition operation of the four spark plugs 6. An effect can be obtained.

実施の形態5.
実施の形態5の内燃機関用点火装置は、実施の形態4のトランス3の多出力巻線を第1巻線にも適用し、トランス3の第3巻線とバイパス回路4を削除した回路構成としたものである。すなわち、放電エネルギー消費手段の形態を変更したものである。以下、実施の形態5の内燃機関用点火装置の構成について、図6に基づいて説明する。
直流電源1と多出力化されたトランス3の一次側の第1巻線に点火プラグの数に応じた数の高周波交流電源2を並列接続し、トランス3の第2巻線を点火プラグの数に応じた数の出力を用意し、点火プラグの数に応じたインピーダンスマッチング回路5をそれぞれの出力に接続する。そして、各々のインピーダンスマッチング回路5は点火プラグ6と絶縁破壊放電用電源7に接続される。
Embodiment 5 FIG.
In the internal combustion engine ignition device of the fifth embodiment, the multi-output winding of the transformer 3 of the fourth embodiment is also applied to the first winding, and the third winding of the transformer 3 and the bypass circuit 4 are omitted. It is what. That is, the form of the discharge energy consumption means is changed. Hereinafter, the configuration of the internal combustion engine ignition device according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
A high-frequency AC power source 2 corresponding to the number of spark plugs is connected in parallel to the first winding on the primary side of the DC power source 1 and the multi-output transformer 3, and the second winding of the transformer 3 is connected to the number of spark plugs. Depending on the number of outputs, the impedance matching circuit 5 corresponding to the number of spark plugs is connected to each output. Each impedance matching circuit 5 is connected to a spark plug 6 and a dielectric breakdown discharge power source 7.

上記の構成により、インピーダンスマッチング回路5からの放電電流は、並列接続された高周波交流電源2のそれぞれに分流されるため、1台あたりに流れる放電電流量が低減され、実施の形態1〜5で用いられていたトランス3の第3巻線とバイパス回路4で構成されるバイパス機能を削除することができる。
また、図6では、高周波交流電源2及びインピーダンスマッチング回路5が点火プラグ6の数に応じて、同数を用意して接続した例を示しているが、高周波交流電源2の台数は点火プラグ6の数と同数であることが絶対の条件ではなく、任意の台数で構成することが可能である。
With the above configuration, since the discharge current from the impedance matching circuit 5 is shunted to each of the high-frequency AC power supplies 2 connected in parallel, the amount of discharge current flowing per unit is reduced. The bypass function constituted by the third winding of the transformer 3 and the bypass circuit 4 that has been used can be eliminated.
FIG. 6 shows an example in which the same number of high-frequency AC power supplies 2 and impedance matching circuits 5 are prepared and connected in accordance with the number of spark plugs 6. It is not an absolute condition that the number is the same as the number, and any number of units can be used.

1 直流電源、2 高周波交流電源、3 トランス、4 バイパス回路、5 インピーダンスマッチング回路、6 点火プラグ、7 絶縁破壊放電用電源、8 制御装置 1 DC power supply, 2 high frequency AC power supply, 3 transformer, 4 bypass circuit, 5 impedance matching circuit, 6 spark plug, 7 power supply for dielectric breakdown discharge, 8 control device

Claims (6)

トランスの一次側の第1巻線に、第1の点火プラグに交流電流を供給する第1の交流電源が接続され、前記トランスの二次側の第2巻線に、前記第1の点火プラグに放電用電流を供給する第1の放電用電源と前記第1の交流電源とのインピーダンスマッチングを行う第1のインピーダンスマッチング回路が接続され、前記トランスの前記一次側に第3巻線が設けられ、前記第3巻線に前記第1のインピーダンスマッチング回路から放電されたエネルギーを消費する放電エネルギー消費手段が接続されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。   A first AC power source for supplying an AC current to the first spark plug is connected to the first winding on the primary side of the transformer, and the first spark plug is connected to the second winding on the secondary side of the transformer. A first impedance matching circuit for performing impedance matching between the first discharge power source for supplying a discharge current to the first AC power source and a first winding of the transformer is provided on the primary side of the transformer. An ignition device for an internal combustion engine, wherein discharge energy consuming means for consuming energy discharged from the first impedance matching circuit is connected to the third winding. 前記放電エネルギー消費手段が、半導体スイッチを備えた回路で、放電用電流の供給と交流電流の供給のタイミングに合わせて制御されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。   2. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the discharge energy consuming means is a circuit including a semiconductor switch and is controlled in accordance with a timing of supplying a discharge current and supplying an alternating current. . 前記放電エネルギー消費手段の前記半導体スイッチに直列に抵抗が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用点火装置。   The internal combustion engine ignition device according to claim 2, wherein a resistor is provided in series with the semiconductor switch of the discharge energy consuming means. 前記第2巻線の巻数を前記第3巻線の巻数より多くすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。   The ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of turns of the second winding is larger than the number of turns of the third winding. 前記トランスの二次側の前記第2巻線が、複数のインピーダンスマッチング回路に応じて複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。   The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a plurality of the second windings on the secondary side of the transformer are provided in accordance with a plurality of impedance matching circuits. 前記トランスの第3巻線に接続される放電エネルギー消費手段が、第2の点火プラグに交流電流を供給する第2の交流電源であって、前記第1のインピーダンスマッチング回路から放電されたエネルギーを前記第1の交流電源と前記第2の交流電源に分流して消費させるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。   The discharge energy consuming means connected to the third winding of the transformer is a second AC power source for supplying an AC current to the second spark plug, and the energy discharged from the first impedance matching circuit is used. 2. The ignition apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first AC power source and the second AC power source are divided and consumed.
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