JP2829632B2 - Ignition system for internal combustion engine - Google Patents

Ignition system for internal combustion engine

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JP2829632B2
JP2829632B2 JP1179212A JP17921289A JP2829632B2 JP 2829632 B2 JP2829632 B2 JP 2829632B2 JP 1179212 A JP1179212 A JP 1179212A JP 17921289 A JP17921289 A JP 17921289A JP 2829632 B2 JP2829632 B2 JP 2829632B2
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ignition
voltage
spark plug
cylinder
signal
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エイ ノーベル ガルデナー
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は点火時期をコントロールし、点火システムを
効率的に設計することにより、改良されたエンジン動作
能力をもつ内燃機関の点火システムに関するものであ
る。特には希薄な空気−混合燃料の効率的な燃焼に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ignition system for an internal combustion engine having improved engine operating capability by controlling the ignition timing and efficiently designing the ignition system. is there. In particular, it relates to the efficient combustion of lean air-fuel mixtures.

<従来技術とその問題点> 内燃機関室で混合空気−燃料の爆発を始めさせるため
に、エンジン動作サイクルの適当な時に高いエネルギー
・アークを発生する点火システムが用いられる。スパー
ク・プラグ・ギヤツプに渡るエネルギー・アークの開始
は、ピストンが上死点に達する前に、エンジンのクラン
クシヤフト回転が予め定められた回数だけおこるように
タイミングをとられている。スパーク・タイミングが適
切になされれば、スパーク・プラグから出る炎が圧力ピ
ークを上死点の後におこす。スパークが遅すぎると、シ
リンダー内の圧力が有効に出力されない。一方、スパイ
クが早すぎると、極端に高い圧力と熱が生じて、有効な
出力とはなり得ない。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to initiate a mixed air-fuel explosion in an internal combustion engine room, an ignition system that produces a high energy arc at the appropriate time in the engine operating cycle is used. The start of the energy arc across the spark plug gap is timed so that the crankshaft rotation of the engine occurs a predetermined number of times before the piston reaches top dead center. With proper spark timing, the flame coming out of the spark plug causes a pressure peak after TDC. If the spark is too slow, the pressure in the cylinder will not be output effectively. On the other hand, if the spikes are too fast, extremely high pressures and heat will be generated and may not be effective output.

早すぎるスパークはさまざまなシリンダー現象をおこ
す。エンド・ガス(未燃混合燃料)の自動点火は、シリ
ンダー内の温度と圧力が高くなりすぎたとき、エンド・
ガスが自然爆発することによる。自動点火がシリンダー
内でおこると、化学エネルギーの急激な放出により圧力
が交互に上がり下がりし、温度が急上昇する。エネルギ
ー放出率が十分高いと、爆発ガス内の振動がシリンダー
壁を振動させ、「ブルン」という特徴的な音が聞える。
シリンダー内のガスの圧力と温度の急速な揺らぎは、上
死点の後でおきる。
Premature sparks cause various cylinder phenomena. The auto-ignition of the end gas (unburned mixed fuel) is activated when the temperature and pressure in the cylinder become too high.
Due to natural explosion of gas. When auto-ignition occurs in a cylinder, the pressure rises and falls alternately due to the sudden release of chemical energy, causing the temperature to rise sharply. If the energy release rate is high enough, vibrations in the explosive gas will cause the cylinder walls to vibrate and a distinctive sound of "Brun" will be heard.
Rapid fluctuations in gas pressure and temperature in the cylinder occur after top dead center.

わずかな程度の自動点火は、スパーク・プラグから出
る炎の速さが小さくなつた時、爆発を急がせる撹流を起
こすので好ましいと、多くのエンジン設計家に信じられ
ている、わずかな程度の自動点火は、不燃残留炭化水素
を減らし、燃えたときの放出エネルギーを利用するの
で、より低い炭化水素放出となるとともに、燃料効率が
よくたる。よつて、エンジン設計家は、スパークが自動
点火の始めまで早くなるように、点火システムをキャリ
ブレーション(以下「校正」の文字を当てはめる)しう
とする。しかし、過度の自動点火早めは避けるようにし
なければならない。でないと、シリンダー内の温度が高
くなりすぎ、スパーク・プラグの電極を加熱しすぎて、
「前点火」というよく知られた現象−スパークと無関係
に爆発が始まること−がおこるからだ。前点火は、上死
点付近での高すぎる温度と圧力によつて分かり、ピスト
ンの穴あきのような損傷を生じる。前点火は、それが出
す音である「ノツキング」として表われる。一般に、自
動点火は前点火をひきおこし、前点火はさらに自動点火
をひきおこすと言われている。
It is believed by many engine designers that a slight degree of auto-ignition is preferred because when the speed of the flame coming out of the spark plug slows, it creates a stir that will explode the explosion. Auto-ignition reduces unburned residual hydrocarbons and uses the energy released when burned, resulting in lower hydrocarbon emissions and better fuel efficiency. Thus, engine designers attempt to calibrate the ignition system (hereafter "calibration") so that the spark is as early as the start of automatic ignition. However, excessive automatic ignition must be avoided. Otherwise, the temperature in the cylinder will be too high and the spark plug electrodes will be overheated,
This is because the well-known phenomenon of "pre-ignition"-the start of an explosion independent of sparks-occurs. Pre-ignition is manifested by too high a temperature and pressure near top dead center, causing damage such as a perforated piston. Preignition is manifested as "knocking", the sound it makes. Generally, it is said that automatic ignition causes pre-ignition, and pre-ignition further causes automatic ignition.

多くの要素−とりこみ空気温度、エンジン回転数、負
荷、燃料混合比、燃料特製など−が、自動点火発生のタ
イミングに影響を与える。スパーク・プラグは、さらに
燃料効率と有害ガス放出に直接影響する。スパーク・タ
イミングを正確にコントロールすることが重要なため、
現在、多くのエンジン制御システムがマイクロプロセツ
サーを用いた閉路スパーク・タイミング制御システムを
有している。この制御システムは、排ガス成分や冷却水
温度のようなパラメーターと、ノツキングの発生とを同
時に測定する。このシステムは所定の自動点火開始タイ
ミングに合わせるように、上記データを処理する。スパ
ーク・コントローラーを用いた現在のノツキング検出器
は、ノツキングによる振動を検知する圧電トランスジユ
ーサーを使用している。しかし、この検出器は、初期自
動点火を十分検知することができないので、自動点火の
始まりを検出できない。したがつて、初期自動点火を検
知でき、閉路システム内でより正確にスパーク・タイミ
ングを定める点火制御システムを与える必要がある。
Many factors-intake air temperature, engine speed, load, fuel mixture, fuel specialty, etc.-affect the timing of automatic ignition. Spark plugs also directly affect fuel efficiency and harmful gas emissions. Because it is important to control the spark timing accurately,
Currently, many engine control systems have a closed circuit spark timing control system using a microprocessor. The control system simultaneously measures parameters such as exhaust gas components and cooling water temperature, and the occurrence of knocking. This system processes the data so as to match a predetermined automatic ignition start timing. Current knocking detectors using a spark controller use a piezoelectric transducer that detects vibrations due to knocking. However, this detector cannot detect the onset of auto-ignition because it cannot sufficiently detect the initial auto-ignition. Therefore, there is a need to provide an ignition control system that can detect initial auto-ignition and more accurately define spark timing in closed circuit systems.

車両の内燃機関の点火システムの設計者は、エンジン
が低い燃料混合率で内燃するように努力している。空気
対燃料の混合比が約15:1の混合物が化学量論的な混合物
と言われ、燃焼に必要な酸素を十分与える。しかし、シ
リンダー内に空気を過度に入れると、窒素酸化物(NO
X)や炭化水素などのような有害排気物を減らす。しか
し、スパークがシリンダー内に外熱反応を生じない前
に、混合燃料が希釈されるには限度がある。現在、混合
比の限度は約20:1である。この空気対燃料の混合比の限
界を広げようと設計者たちは努力しており、理論的には
約27:1まで可能と考えられる。したがつて、混合比の限
界を広げる必要がある。
Designers of ignition systems for internal combustion engines in vehicles strive to make the engine internal combustion with low fuel mixture. A mixture having a mixture ratio of air to fuel of about 15: 1 is called a stoichiometric mixture and provides enough oxygen for combustion. However, if air is excessively introduced into the cylinder, nitrogen oxides (NO
Reduce harmful emissions such as X) and hydrocarbons. However, there is a limit to the dilution of the fuel mixture before the spark does not cause an external heat reaction in the cylinder. Currently, the mixing ratio limit is about 20: 1. Designers are striving to push the limits of this air-to-fuel ratio, which could theoretically be up to about 27: 1. Therefore, it is necessary to increase the limit of the mixing ratio.

最近の点火システムでは、イグニツシヨン・コイルと
して知られているトランスが、各スパーク・プラグに直
接装着され、しばしばコイル・オン・プラグ(COP)点
火素子といわれている。この素子の大きさと重さは、熱
特製に影響する。高いデユーテイ・サイクルで動作する
コイルは加熱を防ぐために、十分大きくて重くなければ
ならない。逆に低いジユーテイ・サイクルの動作は、コ
イルを小さく、軽くする。コイル・オン・プラグのコイ
ルの大きさを小さくすると、エンジン・パツケージング
の制約を減らすので好ましい。したがって、最小の大き
さと重さをもつた素子をスパーク・プラグに装着する必
要がある。
In modern ignition systems, a transformer, known as an ignition coil, is mounted directly on each spark plug and is often referred to as a coil-on-plug (COP) ignition element. The size and weight of this element will affect the thermal properties. Coils operating at a high duty cycle must be large and heavy to prevent overheating. Conversely, low duty cycle operation makes the coil smaller and lighter. It is preferable to reduce the size of the coil of the coil-on-plug, because the restriction on engine packaging is reduced. Therefore, it is necessary to mount an element having the minimum size and weight on the spark plug.

<本発明の構成> 本発明によれば、上記必要な特性を与え得る改良され
た点火システムが提供される。上記従来技術の問題に対
する解が、新規な点火システム成分を使用することによ
り得られる。これらの成分は爆発と点火プロセスの間に
おこるいろいろな現象を利用する。
<Structure of the Present Invention> According to the present invention, an improved ignition system capable of providing the necessary characteristics described above is provided. A solution to the above prior art problem is obtained by using new ignition system components. These components take advantage of various phenomena that occur during the explosion and ignition process.

点火システムには、スパーク・プラグ・ギヤツプでの
放電に3つの異なつた相があると考えられる。それは放
電の初期から順に、絶縁破壊相、アーク相、およびグロ
ー相である。絶縁破壊相では、スパーク電極に約10kvの
高圧がかかり、ナノセカンド(10-9秒)オーダーという
短い時間内に1,000A以上の大電流が流れる。10-9秒オー
ダーという極めて短時間の現象のために、従来は十分な
動的レスポンスをもつた測定器を得ることができなかつ
たため、この電流値を正確に測ることはできなかつた。
この電流は、点火高周波電流と呼ばれる。この絶縁相破
壊相においては、いつたんギヤツプ内に導電路が形成さ
れると、放電は次のアーク相に移り、低い電圧がギヤツ
間にかかり、比較的長い時間、それほど大きくない値の
電流が流れる。最後のグロー相においては、電圧も電流
も低い値である。「点火の3つの相による希薄なメタン
・空気混合物成中の前炎の点火と伝播」という論文を書
いたマリーとボーグルなどのような多くの研究者たち
は、ギヤツプ間で前炎(flame Tfront)が広がるのは絶
縁破壊相においてであり、アーク相とグロー相は爆発に
寄与したばかりか、プラグ電極を侵食させるため有害で
あると主張してきた。
It is believed that the ignition system has three distinct phases of discharge at the spark plug gap. It is a breakdown phase, an arc phase, and a glow phase in order from the beginning of the discharge. In the dielectric breakdown phase, a high voltage of about 10 kv is applied to the spark electrode, and a large current of 1,000 A or more flows within a short time of the order of nanoseconds (10 -9 seconds). Due to the extremely short phenomenon of the order of 10 -9 seconds, it has not been possible to obtain a measuring instrument having a sufficient dynamic response in the past, so that this current value cannot be measured accurately.
This current is called the ignition high-frequency current. In this breakdown phase, once a conductive path is formed in the gap, the discharge moves to the next arc phase, a low voltage is applied between the gaps, and a relatively small current flows for a relatively long time. Flows. In the last glow phase, both the voltage and the current are low. Many researchers, such as Marie and Bogle, who wrote a paper entitled "Ignition and Propagation of a Preflame in a Lean Methane-Air Mixture by the Three Phases of Ignition," reported a flame Tfront between the gaps. ) Spread during the breakdown phase, and have argued that the arc and glow phases not only contributed to the explosion, but were harmful because they erode the plug electrodes.

本発明の点火システムは、従来の点火コイルとは明ら
かに異なる方法で作動するパルス・トランス・システム
を採用している。各スパーク・プラグの外側の端にそれ
ぞれ点火パルス・トランスが装着されている。従来は、
多数のスパーク・プラグのそれぞれに対して1つのコイ
ルが高電圧を供給していた。フライ・バツク型のトラン
ス(すなわち、コイル)を用いた従来の点火システムで
は、エネルギーはコイル磁界として貯えられ、一次巻線
の電流を通して大きくなり、磁界がなくなると2次巻線
の電圧がゼロになる。フライバツク・トランス・コイル
は何十年間も使われてきたけれども、電気的には不十分
である。これに対し、本発明におけるパルス・トランス
の主な利点は、2次回路のインダクタンスが大いに減少
しているので、スパーク・プラグを50μsというより短
い時間で点火し、それにより多点火(multiple firin
g)を可能にすることである。さらに、インピーダンス
が低いので、部分的に汚れたスパーク・プラグをも点火
させ得る。パルス・トランスにおいては、放電エネルギ
ーは磁界として蓄えられるのではない。パルス・トラン
スは単にクイツク・レシポンスのステツプアツプ・トラ
ンスとして働き、1次巻線に送られた電圧スパイクに応
じて2次出力を与える。
The ignition system of the present invention employs a pulse transformer system that operates in a manner distinctly different from conventional ignition coils. An ignition pulse transformer is mounted on the outer end of each spark plug. conventionally,
One coil provided high voltage for each of a number of spark plugs. In a conventional ignition system using a fly-back type transformer (ie, coil), energy is stored as a coil magnetic field, which increases through the current in the primary winding, and when the magnetic field disappears, the voltage in the secondary winding becomes zero. Become. Although flyback transformer coils have been used for decades, they are electrically inadequate. On the other hand, the main advantage of the pulse transformer in the present invention is that the spark plug is ignited in a shorter time of 50 .mu.s, since the inductance of the secondary circuit is greatly reduced, whereby the multiple firin is reduced.
g). Furthermore, because of the low impedance, partially dirty spark plugs can also be ignited. In a pulse transformer, the discharge energy is not stored as a magnetic field. The pulse transformer simply acts as a quick response step-up transformer and provides a secondary output in response to the voltage spike sent to the primary winding.

本発明の実施例では、スパーク放電の発生とタイミン
グを検出する手段として、およびアーク相とグロー相の
放電時間を最小にするようにパルス・トランスを制御す
るための手段として、点火システム内の絶縁破壊電流を
検知するフエライト・トロイダル検出器を使用してい
る。
In an embodiment of the present invention, the insulation in the ignition system is used as a means for detecting the occurrence and timing of spark discharge and as a means for controlling the pulse transformer to minimize arc and glow phase discharge times. A ferrite toroidal detector that detects breakdown current is used.

次式のパツシエンの法則が、放電点での絶縁破壊電圧
Vbと、シリンダー内の圧送P、温度Tとの間の関係を規
定している(kは定数)。
Passien's law of the following equation is the breakdown voltage at the discharge point.
The relationship between Vb and the pressure P in the cylinder and the temperature T are defined (k is a constant).

すでに説明したように、自動点火プロセスは上死点の
後(5゜〜20゜のシヤフト角度)におこる異常に高い圧
力と温度の揺らぎによつて分かる、自動点火を検出する
手段として、本発明の点火システムはエンジン作動サイ
クルの間、スパーク・プラグ間に「ホーバー」電圧
(“hover"voltage)と呼ばれる予め定められた電圧を
かけて、自動点火の圧力と温度の変動を起こしやすくす
る。自動点火の間、シリンダー内の圧力と温度はパツシ
エンの法則に従う絶縁破壊電圧(これは瞬間的に、正常
な点火に対する絶縁破壊電圧よりも小さい値)に関係す
るので、その時間の放電は自動点火条件の間だけおこ
り、正常点火条件の間にはおこらない。
As described above, the auto-ignition process is a method of detecting auto-ignition as a means of detecting auto-ignition, as evidenced by abnormally high pressure and temperature fluctuations occurring after top dead center (5 ° to 20 ° shaft angle). The ignition system applies a predetermined voltage, called the "hover" voltage, between the spark plugs during an engine operating cycle to facilitate auto-ignition pressure and temperature fluctuations. During auto-ignition, the pressure and temperature in the cylinder are related to the breakdown voltage according to Paciens' law, which is momentarily lower than the breakdown voltage for normal ignition, so that the discharge during that time Occurs only during conditions, not during normal ignition conditions.

本発明によるセンサーは、上記トロイダル検出器を有
し、絶縁破壊電流を検知するので、放電の発生を信号で
出力する。この信号は自動点火が止むまで、すべての又
は個々のシリンダーに対し、点火タイミングを段階的に
遅らせるために使われる。もう一つはルーチンでは、点
火タイミングを早めて再び自動点火をおこさせ、この自
動点火は再び修正させる。こうして、自動点火のスレツ
シヨールド(始まり)において、点火タイミングの「揺
れ」をおこす。したがつて、上死点の後の所定の作動ウ
インドーにおいてスパーク・プラグを活性化することに
より、スパーク・プラグは自動点火検出器として働き、
従来の圧電型ノツキング・センサーよりもはるかに感度
よく検出できる。上記プラグの活性化は爆発プロセスに
寄与するためではなく、ただ自動点火を検出するための
ものである。本発明のパルス・トランスを使うと、ホー
バー電圧を望ましい値に調整することができる。これ
は、従来のフライバツク・トランス・コイルを用いたの
では、困難なことである。
Since the sensor according to the present invention has the above-mentioned toroidal detector and detects the breakdown current, it outputs the occurrence of the discharge as a signal. This signal is used to gradually retard the ignition timing for all or individual cylinders until the automatic ignition stops. The other is that in the routine, the ignition timing is advanced to cause automatic ignition again, and this automatic ignition is corrected again. Thus, at the threshold (start) of the automatic ignition, "swing" of the ignition timing occurs. Thus, by activating the spark plug in a predetermined operating window after top dead center, the spark plug acts as an automatic ignition detector,
It can detect much more sensitively than a conventional piezoelectric knocking sensor. The activation of the plug is not to contribute to the explosion process, but only to detect auto-ignition. With the pulse transformer of the present invention, the hover voltage can be adjusted to a desired value. This is difficult using conventional flyback transformer coils.

ある内燃機関にとつて各シリンダーの圧力・温度特性
がそれぞれ異なるので、各シリンダーをある環境下で校
正することが望ましい。そうしないと、ある一定のホー
バー電圧を自動点火センサーとして用いたとき、自動点
火を誤つて指示することがあるかも知れないからだ。上
死点の後、シリンダー作動サイクルの1区分の間、圧力
と温度変動の前に、スパーク・プラグが一連の電圧を通
じて活性化されるところで、校正が行われる。
Since pressure and temperature characteristics of each cylinder are different for a certain internal combustion engine, it is desirable to calibrate each cylinder under a certain environment. Otherwise, when a certain hover voltage is used as an auto-ignition sensor, the auto-ignition may be erroneously indicated. After top dead center, during a section of the cylinder working cycle and before pressure and temperature fluctuations, a calibration is performed where the spark plug is activated through a series of voltages.

この校正の間に絶縁破壊がおこる電圧は、そのシリン
ダーのホーバー電圧を調整するために使われる。それゆ
え、本発明によれば、全部で3つのスパーク・プラグ活
性化時間が1回のピストン・ストローク・サイクル内に
おこる。すなわち、スパークをおこさせるための第1放
電、次の第2校正放電、および自動点火を検出するため
の第3放電である。
The voltage at which breakdown occurs during this calibration is used to adjust the hover voltage of the cylinder. Therefore, in accordance with the present invention, a total of three spark plug activation times occur within one piston stroke cycle. That is, a first discharge for causing a spark, a next second calibration discharge, and a third discharge for detecting automatic ignition.

スパーク・プラグが放電するとすぐ、電離気体の小さ
な球である「核」が形成される。シリンダー内の流体が
撹乱しているので、この「核」はプラグ・ギヤツプの初
めにいた場所から動く。空気対燃料の混合化が十分高い
と、核は、外熱反応を誘導して急激に大きくなり、球状
の前炎となる。一方、逆に混合比が極端に低いと、高温
の核が周囲の流体によつて冷されて小さくなり、プラグ
から動いたときに消えてしまうので、シリンダー内の混
合物から有効なエネルギーを引き出せない。
As soon as the spark plug discharges, a "nucleus" is formed, a small sphere of ionized gas. This "nucleus" moves from where it was at the beginning of the plug gap as the fluid in the cylinder is turbulent. If the air-to-fuel mixture is high enough, the nuclei will induce an external heat reaction and grow rapidly, resulting in a spherical pre-flame. On the other hand, if the mixing ratio is extremely low, the hot nuclei are cooled by the surrounding fluid and become small, and disappear when moved from the plug, so that no effective energy can be extracted from the mixture in the cylinder. .

内熱・外熱反応が起こり初めるときの空気対燃料の混
合比を、エンジンのリーン・バーン・リミツト(希薄燃
焼限界)という。本発明者は、マイクロセカンド(10-6
秒)オーダーという短い時間にスパーク・プラグが多数
回放電をおこすなら、上記リーン・バーン・リミツトが
向上して、より燃料の希薄な混合物を使えることを見い
だした。プラグでパルスを急速に燃やすことにより、一
連の核が発生し、どんどん吹かれて動いていく。各核は
互いに密接しているので、周囲の流体からの冷やしは最
小化させる。したがつて、一連の核はシリンダー内で長
い間保たれるので、より希薄な燃料の混合物でも燃焼で
きる。パルス・トランスを用いると、このような速い多
重燃焼が可能になる。これは、従来のフライバツク・ト
ランス・コイルを用いたのでは、その2次巻線の大きな
インダクタンスのために、不可能である。
The mixture ratio of air to fuel when the internal heat / external heat reaction starts to occur is called the lean burn limit (lean burn limit) of the engine. The present inventor has proposed a microsecond (10 −6)
It has been found that if the spark plug discharges many times in a short time, on the order of seconds, the lean burn limit will improve and a leaner mixture of fuels can be used. By rapidly burning the pulse with the plug, a series of nuclei are generated and blown and moved. Since the nuclei are close together, cooling from the surrounding fluid is minimized. Thus, the series of nuclei are kept in the cylinder for a long time, so that even leaner fuel mixtures can be burned. The use of a pulse transformer enables such rapid multiple combustion. This is not possible with conventional flyback transformer coils due to the large inductance of the secondary winding.

本発明によれば、プラグの速い多重点火は絶縁破壊電
流を検出することにより、達成される。この信号は、放
電サイクルを短縮して次の点火サイクルを始めさせ、短
時間に多重放電をおこさせるために使われる。
According to the invention, fast multiple ignition of the plug is achieved by detecting the breakdown current. This signal is used to shorten the discharge cycle, start the next ignition cycle, and cause multiple discharges in a short time.

また、本発明によれば、パルス・トランスの大きさと
重さは、構造効率およびパツケージ効率上、最小にされ
る。本来、パルス・トランスを使うと大きさと重さが最
小になる。このことは、重要なことである。というの
は、エンジンと車両の振動のためにプラグ上に装着され
ているカンチレバーにパルス・トランスの重さが影響す
るスパーク・プラグの端に、パルス・トランスが置かれ
ているからだ。パルス・トランスの大きさが小さいと、
さらに、エンジン・パツケージの制約をゆるめるという
利点がある。このタイプのパルス・トランスの大きさと
重さは、熱要件によつて大いに影響を受ける。本発明に
よれば、絶縁破壊電流の検出は、スパーク・プラグ・コ
イルへの1次電流の流れを切り詰める手段として用いら
れるので、デユーテイ・サイクルを減らすことになる。
放電の絶縁破壊相が燃焼開始において有用な働きをする
ので、次のアーク相とグロー相は燃焼に悪影響を与える
ことなく短縮される。本発明者は、1%オーダーのデユ
ーテイ・サイクルが上記のように作動する点火システム
を用いて可能であると考えている。このように低いデユ
ーテイ・サイクルには、パルス・トランスの大きさと重
さを最小にするので、エンジンの構造効率とパツケージ
効率を改善する。
Also, according to the present invention, the size and weight of the pulse transformer is minimized for structural and package efficiency. Essentially, using a pulse transformer minimizes size and weight. This is important. This is because the pulse transformer is located at the end of the spark plug where the weight of the pulse transformer affects the cantilever mounted on the plug due to engine and vehicle vibration. If the size of the pulse transformer is small,
Further, there is an advantage that the restriction on the engine package is relaxed. The size and weight of this type of pulse transformer is greatly affected by the thermal requirements. According to the present invention, the detection of the breakdown current is used as a means for cutting down the flow of the primary current to the spark plug coil, thereby reducing the duty cycle.
The next arc phase and glow phase are shortened without adversely affecting the combustion, since the breakdown phase of the discharge plays a useful role in initiating combustion. The inventor believes that a duty cycle on the order of 1% is possible with an ignition system that operates as described above. Such a low duty cycle minimizes the size and weight of the pulse transformer, thereby improving engine construction and packaging efficiency.

以下、図によつて本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

第1図は内燃機関のスパーク・プラグの電圧特性を示
している。電圧は実線10で示すように放電が起こる時ま
で上昇し続け、放電後は急に小さな値に下がり、アーク
相とグロー相に移る。破線12は放電のないときの電極間
電圧である。
FIG. 1 shows the voltage characteristics of a spark plug of an internal combustion engine. The voltage continues to rise until the time at which the discharge occurs, as shown by the solid line 10, and after the discharge, suddenly drops to a small value and shifts to the arc phase and the glow phase. The broken line 12 is the voltage between the electrodes when there is no discharge.

第2図は電流特性を示している。14は絶縁破壊電流で
あり、ナノセカンド・オーダーという短い時間に生じ
る。前に記したように、本発明による点火システムは、
この絶縁破壊電流14の検出を、燃焼の検出とタイミング
制御のために用いる。
FIG. 2 shows current characteristics. 14 is a breakdown current, which occurs in a short time of the order of nanoseconds. As noted above, the ignition system according to the present invention comprises:
The detection of the dielectric breakdown current 14 is used for detection of combustion and timing control.

第3図はクランクシヤフト位置に対するシリンダー圧
力の関係を示している。実線16は正常燃焼プロセス時の
圧力である。シリンダー圧力16は上昇し続け、上死点の
直後にピークに達した後、シリンダー容積の増加につい
て低下する。破線18は自動点火時のシリンダー圧力の揺
らぎである。これは通常、上死点の後、5゜〜20゜の角
度の位置でおこる。この揺らぎはシリンダー内で反射さ
れる爆発によつて引きおこされる。自動点火の間、揺ら
ぎによりシリンダー圧力18が瞬間的に正常燃焼時の圧力
16よりも低くなる。これは本発明では、絶縁破壊電圧の
瞬時低下として検出される。
FIG. 3 shows the relationship between the cylinder pressure and the crankshaft position. Solid line 16 is the pressure during the normal combustion process. Cylinder pressure 16 continues to rise and peaks shortly after top dead center before decreasing with increasing cylinder volume. The broken line 18 indicates the fluctuation of the cylinder pressure during automatic ignition. This usually occurs at an angle of 5-20 ° after top dead center. This fluctuation is caused by an explosion reflected in the cylinder. During auto-ignition, fluctuations cause the cylinder pressure 18 to instantaneously rise to normal combustion pressure.
Lower than 16. This is detected in the present invention as an instantaneous decrease in the breakdown voltage.

第3図は、また、本発明による3つのスパーク・プラ
グ活性化時期を示している。パルス電圧20は上死点の前
にかけられて、燃焼プロセスを始める。パルス電圧22は
上死点で、あるいは上死点のすぐ後で、自動点火検出シ
ステムを校正する手段として供給される。パルス電圧22
は放電がおこる時まで上昇し、放電時には低下する鋸歯
波形をしている。したがつて、パルス電圧22のトータル
・パルス幅はパツシエンの法則に従うシリンダー圧力に
対応している。パルス電圧22の絶縁破壊電圧は、各シリ
ンダー間の変動を許しながら、自動点火を正確に検出す
るために、システムの校正に用いられる。この校正は、
自動点火の影響が絶縁破壊電圧に現れる前になされる。
FIG. 3 also shows three spark plug activation times according to the present invention. Pulse voltage 20 is applied before top dead center to initiate the combustion process. The pulse voltage 22 is provided at or shortly after top dead center as a means of calibrating the automatic ignition detection system. Pulse voltage 22
Has a sawtooth waveform that rises until discharge occurs and decreases during discharge. Thus, the total pulse width of the pulse voltage 22 corresponds to the cylinder pressure according to Passien's law. The breakdown voltage of pulse voltage 22 is used to calibrate the system to accurately detect auto-ignition while allowing for variations between cylinders. This calibration is
This is done before the effects of auto-ignition appear on the breakdown voltage.

パルス24は、シリンダー圧力が正常燃焼時の圧力より
も下がり、シリンダー内温度が上あつたときに放電をお
こさせるように調整されたホーバー電圧をプラグ電極に
印加して、自動点火を検出する。
The pulse 24 detects the auto-ignition by applying a hover voltage, which is adjusted so as to cause a discharge when the cylinder pressure becomes lower than the normal combustion pressure and the cylinder internal temperature rises, to the plug electrode.

第4図は本発明の点火システム30のブロツク回路図で
ある。点火システム30は、入力信号をエンジン・タイミ
ング・トランスジユーサー34、エンジン・タイミング・
コントローラー36および車両酸素センサー・モジユール
38から受けるオンボード点火コントローラー・マイクロ
プロセツサー32を有している。直流電源40は車両バツテ
リー42から電力を供給されて、システムの各素子に電力
を与える。マイクロプロセツサー32は、ドライバー46に
よつて駆動されるスパーク・プラグ上に装着されたパル
ス・トランス44に、出力信号を送る。
FIG. 4 is a block diagram of the ignition system 30 of the present invention. The ignition system 30 receives an input signal from an engine timing transducer 34, an engine timing
Controller 36 and vehicle oxygen sensor module
It has an onboard ignition controller microprocessor 32 received from 38. DC power supply 40 is powered by vehicle battery 42 and provides power to each element of the system. The microprocessor 32 sends an output signal to a pulse transformer 44 mounted on a spark plug driven by a driver 46.

エンジン・タイミング・トランスジユーサー34は、ク
ランクシヤフト位置を出力するために、クランクシヤフ
ト又はカムシヤフトの位置を検出する磁気センサー又は
光学センサーからのパルス信号を与える。この信号は点
火タイミングや回転数測定のために使われる。
Engine timing transducer 34 provides pulse signals from magnetic or optical sensors that detect the position of the crankshaft or camshaft to output the crankshaft position. This signal is used for ignition timing and rotation speed measurement.

エンジン・タイミング・コントローラー36はマイクロ
プロセツサー32によつて動かされ、タイミング・トラン
スジユーサー34から信号を受けて、冷却水温度やスロツ
トル位置、周囲の空気温度、マニホールド圧力、負荷検
出などのパラメーターの入力をして、好ましい点火タイ
ミングを図る。また、自動点火を示す信号をマイクロプ
ロセツサー32から受ける。すでに説明したように、タイ
ミング・コントローラー36は自動点火が検出されるま
で、タイミングを遅くした後、再び早めることにより、
エンジンを自動点火の開始の状態に保つ。こうして、点
火システムを、どんな時にも存在するパラメーターを用
いる特定のエンジンに対して、自動点火の開始の状態に
させる。
The engine timing controller 36 is driven by the microprocessor 32 and receives signals from the timing transducer 34 to control parameters such as cooling water temperature, throttle position, ambient air temperature, manifold pressure, and load detection. To set a preferable ignition timing. Also, a signal indicating automatic ignition is received from the microprocessor 32. As described above, the timing controller 36 delays the timing until the automatic ignition is detected, and then advances the timing again.
Keep the engine at the start of automatic ignition. This causes the ignition system to be in the state of initiating automatic ignition for a particular engine using parameters that are present at all times.

車両酸素センサー・モジユール38はエンジンの排気ガ
ス中の酸素を検出して、空気対燃料比をマイクロプロセ
ツサー32に入力する。酸素センサーは、通常、エンジン
の排気マニホールド内に装着されたジルコニウム・ダイ
オードである。センサー・モジユール38からの信号は、
燃料注入システムを制御するために使われる。
The vehicle oxygen sensor module 38 detects oxygen in the exhaust gas of the engine and inputs the air to fuel ratio to the microprocessor 32. The oxygen sensor is typically a zirconium diode mounted in the engine exhaust manifold. The signal from the sensor module 38 is
Used to control the fuel injection system.

マイクロプロセツサー32は上記信号を受け、ドライバ
ー46とパルス・トランス44を通してスパーク・プラグを
駆動する。第5図において、パルス・トランス44とドラ
イバー46が、詳細に示されている。第5図は、4気筒エ
ンジンに対するもので、一連の4つのパルス・トランス
44とドライバー46を示している。これらのうちの1つ
は、48で示されて破線で囲まれている。他の3つも、こ
れと同じ構成である。ドライバー46は電源40から200Vの
直流信号を受けるので、パルス・トランス44とは物理的
に離されておかれている。ドライバー46は、プラス・バ
ス50とアース・バス52に沿つて直流200Vの電圧を印加さ
れる。マイクロプロセツサー32からの点火信号は、各シ
リンダーに対するライン56、58、60、62に沿つて、コネ
クタ54を通じて送られる。ライン62は、ドライバーとパ
ルス・トランスの結合回路48に対するものである。ライ
ン59は電源40の共通低圧ラインである。
The microprocessor 32 receives the above signal and drives the spark plug through the driver 46 and the pulse transformer 44. In FIG. 5, the pulse transformer 44 and the driver 46 are shown in detail. FIG. 5 is for a four-cylinder engine, with a series of four pulse transformers.
44 and driver 46 are shown. One of these is indicated by 48 and is enclosed in dashed lines. The other three have the same configuration. The driver 46 receives a 200 V DC signal from the power supply 40 and is therefore physically separated from the pulse transformer 44. The driver 46 is applied with a voltage of 200 V DC along the plus bus 50 and the ground bus 52. An ignition signal from microprocessor 32 is sent through connector 54 along lines 56, 58, 60, 62 for each cylinder. Line 62 is for the driver and pulse transformer coupling circuit 48. Line 59 is a common low voltage line for power supply 40.

点火信号がVMOS型のスイツチング・トランジスター64
に、静電シールドをしたインターフエース・トランス66
を通して送られる。ダイオード68と70は回路保護用に、
またダイオード72はクランプ用に使われている。点火信
号がライン5に沿つて送られると、高圧スパイクがライ
ン74に沿つてパルス・トランス44に送られ、ライン78を
通つてアースされているパルス・トランスの1次巻き線
76を通して、電圧が印加される。1次巻線76を流れる電
流は、2次巻線80を通して高電圧のパルスを含んでい
る。2次巻線80に誘起された電圧は、スパーク・プラグ
・ギヤツプ82間に印加される。
Ignition signal VMOS type switching transistor 64
, Interface transformer 66 with electrostatic shield
Sent through. Diodes 68 and 70 are for circuit protection,
The diode 72 is used for clamping. When the ignition signal is sent along line 5, a high voltage spike is sent along line 74 to pulse transformer 44 and the primary winding of the pulse transformer grounded via line 78.
Through 76, a voltage is applied. The current flowing through the primary winding 76 includes a high voltage pulse through the secondary winding 80. The voltage induced in the secondary winding 80 is applied between the spark plug gap 82.

本発明によれば、絶縁破壊電流を検出する素子が設け
られている。この電流は非常に短い時間だけ流れるの
で、アース84への戻り路の高いインピーダンスが、その
電流の検出を困難にしている。そのため、別の戻り路と
して、スパーク・プラグの底に電気的に接続され、アー
ス・ライン88に接続されたスパーク・プラグ・シールド
86が設けられている。ライン88上の信号はフエライド・
ビーズ90を通つてアース・バス52を通る。この高周波大
電流信号により、ループ92内に電圧が誘起される。ルー
プ92の出力は約50Vで、10-9秒のパルスである。全波整
流ブリツジ94がこの誘起電圧を整流して、ライン96、98
とコネクター54を通してマイクロプロセツサー32に送ら
れる。
According to the present invention, an element for detecting a breakdown current is provided. Since this current flows only for a very short time, the high impedance of the return path to ground 84 makes it difficult to detect the current. Therefore, as another return path, a spark plug shield electrically connected to the bottom of the spark plug and connected to ground line 88
86 are provided. The signal on line 88 is
It passes through the earth bus 52 through the beads 90. A voltage is induced in the loop 92 by the high frequency large current signal. The output of loop 92 is about 50V, a 10-9 second pulse. A full-wave rectifying bridge 94 rectifies this induced voltage to form lines 96, 98
And to the microprocessor 32 through the connector 54.

第6図はスパーク・プラグ102に装着されたパルス・
トランス44の断面図である。パルス・トランス44は1次
巻線76と2次巻線80、およびコネクター106(第5図)
と電気的に接続するための端子104を有している。端子
ポスト108はスパーク・プラグ102のポスト110に接続さ
れ、トランス・ポスト105に接続されている。ポスト108
の底にはプラグ・ポスト110と結合するための握りソケ
ツト107がある。ゴム・ブーツ112がスパーク・プラグ10
2の外側セラミツク面と結合して、パルス・トランス44
を支持している。プラツチツク・ボデー109がパルス・
トランス44を装着・支持している。シールド86がパルス
・トランス44を囲み、その一端がスパーク・プラグ102
を保持するため脚114になつている。
FIG. 6 shows a pulsed lamp attached to the spark plug 102.
FIG. 4 is a sectional view of a transformer 44. The pulse transformer 44 includes a primary winding 76 and a secondary winding 80, and a connector 106 (FIG. 5).
And a terminal 104 for electrical connection with the terminal. Terminal post 108 is connected to post 110 of spark plug 102 and to transformer post 105. Post 108
There is a grip socket 107 at the bottom for mating with the plug post 110. Rubber boot 112 with spark plug 10
Combined with the outer ceramic surface of 2, the pulse transformer 44
I support. The plastic body 109 is pulsed
The transformer 44 is mounted and supported. A shield 86 surrounds the pulse transformer 44, one end of which is a spark plug 102
To hold the legs 114.

第7図と第8図は、4つのシリンダーの1つに対する
点火動作のさまざまな位相でのマイクロプロセツサー32
からの出力制御信号を示している。第7図は、上死点の
前でシリンダー内の空気・燃料混合物の点火を始めるた
めに発生された一連のパルス列を示している。方形波パ
ルス116はライン56〜62の1つに沿つて、マイクロプロ
ツスサー32から出力された制御信号を表している。この
信号はパルス・トランス44の1次・2次電圧を時間に対
して上昇させて、鋸歯状波パルス118のようにする。パ
ルス118は、スパーク・プラグ・ギヤツプでの電圧を表
している。パルス118である2次電圧は、放電点まで上
昇し、放電後、アーク相とグロー相に移ると低下する。
パルス116の波形は、マイクロプロセスサー32により、
パルス幅120とパルス周期122の大きさを調整されて決ま
る。
7 and 8 show the microprocessor 32 at various phases of the ignition operation for one of the four cylinders.
3 shows an output control signal from the control unit. FIG. 7 shows a series of pulse trains generated to initiate ignition of the air-fuel mixture in the cylinder before top dead center. Square wave pulse 116 represents the control signal output from microprocessor 32 along one of lines 56-62. This signal causes the primary and secondary voltages of the pulse transformer 44 to rise with time, such as a sawtooth pulse 118. Pulse 118 represents the voltage at the spark plug gap. The secondary voltage, which is the pulse 118, rises to the discharge point, and after the discharge, falls when it shifts to the arc phase and the glow phase.
The waveform of the pulse 116 is
The size of the pulse width 120 and the pulse period 122 are adjusted and determined.

パルス・トランス44の代表的な実験例によれば、1次
電流が流れる時間は6μsよりも短い。絶縁破壊がおこ
ると、フエライト・ビーズ90を通してループ92によつて
検出され、スイツチング・トランジスター64によつて1
次電流が切られる。その後、1次電流はクランプ・ダイ
オード72を通して流れ、60μsまで流れ続ける。ループ
92からの出力を用いると、点火インタバルを40〜60μs
に短く保てる。この早いレスポンスにより、たとえば7
パルスのような多重点火ができる。前述したように、こ
のような多重点火により、より希薄な混合比の燃料を使
うことができる。発明者は、1つのエンジンに対して、
パルス周期が100μs以下であれば混合比をより希薄に
できることを見いだした。
According to a typical experimental example of the pulse transformer 44, the time during which the primary current flows is shorter than 6 μs. When a breakdown occurs, it is detected by loop 92 through ferrite bead 90 and 1 by switching transistor 64.
The next current is turned off. Thereafter, the primary current flows through clamp diode 72 and continues to flow for up to 60 μs. loop
Using the output from 92, the ignition interval is 40-60 μs
Can be kept short. With this quick response, for example, 7
Multiple ignitions such as pulses are possible. As described above, such multiple ignition allows the use of a leaner mixture of fuels. The inventor, for one engine,
It has been found that if the pulse period is 100 μs or less, the mixture ratio can be made thinner.

制御信号116のパルス幅をモニターすることにより、
絶縁破壊電圧の測定がなされる。汚れたプラグや前点火
では、低い絶縁破壊電圧となるが、逆に開回路では極め
て高い絶縁破壊電圧となる。それゆえ、第3図のパルス
20の絶縁破壊電圧を測定することにより、上記異常な点
火条件を検出できる。
By monitoring the pulse width of the control signal 116,
A measurement of the breakdown voltage is made. A dirty plug or pre-ignition results in a low breakdown voltage, whereas an open circuit results in a very high breakdown voltage. Therefore, the pulse of FIG.
By measuring the dielectric breakdown voltage of 20, the abnormal ignition condition can be detected.

スパーク・プラグ活性化の次の相において、クランク
シヤフトが上死点から約5゜すぎた後の位置で、信号が
パルス・トランス44に送られる。サイクルのこの点で、
自動点火はもともと存在せず、この信号は自動点火が発
生する前にシリンダー圧力を検知するために与えられ
る。第8図はマイクロプロセツサー32からの信号と、そ
の信号がスパーク・プラグ・ギヤツプ間に与える電圧を
示している点で、第7図と似ている。方形波パルス124
が質問信号(interrogation signal)としてパルス22を
生ずる。高周波電流がフエライト・ビーズ90で検出され
るまで制御信号124は送られた後、消える。鋸歯状波パ
ルス22の上昇カーブ特性により、方形波パルス124の持
続時間は絶縁破壊電圧の関数である。すなわち、パルス
124の先端と絶縁破壊の発生との間の位相去は、絶縁破
壊電圧とシリンダー条件に関する。シリンダー圧力が平
均値よりも高いと(又はシリンダー温度が平均値よりも
低いと)、放電が起こる前に、パルス22は破線128で示
すようにより高い電圧値まで上昇しなければならない。
逆に、シリンダー圧力が平均値よりも低いが、シリンダ
ー温度が平均値よりも高いと、パルス22、124のパルス
幅が短くなることによつて検出される。
In the next phase of spark plug activation, a signal is sent to the pulse transformer 44 at a position after the crankshaft is about 5 degrees from top dead center. At this point in the cycle,
There is no autoignition originally, this signal is provided to detect cylinder pressure before autoignition occurs. FIG. 8 is similar to FIG. 7 in that it shows the signal from the microprocessor 32 and the voltage that the signal provides between the spark plug and the gap. Square wave pulse 124
Produces pulse 22 as an interrogation signal. The control signal 124 is sent and then turned off until the high frequency current is detected by the ferrite beads 90. Due to the rising curve characteristics of the sawtooth pulse 22, the duration of the square pulse 124 is a function of the breakdown voltage. That is, the pulse
The phase shift between the tip of 124 and the occurrence of breakdown relates to the breakdown voltage and cylinder conditions. If the cylinder pressure is above the average (or if the cylinder temperature is below the average), pulse 22 must rise to a higher voltage value as shown by dashed line 128 before discharge occurs.
Conversely, if the cylinder pressure is lower than the average value but the cylinder temperature is higher than the average value, it is detected by shortening the pulse width of the pulses 22 and 124.

最後の相である「ホーバー」相では、一連の方形波制
御信号130がマイクロプロセツサー32から出力され、対
応する鋸歯状波パルス列24を発生する。前述したよう
に、このホーバー電圧は自動点火の検出のために用いら
れる。自動点火なしにシリンダー圧力が正常であれば、
プラグ・ギヤツプにかかる最大ホーバー電圧は放電をお
こすには十分でない。しかし、自動点火がおこると、シ
リンダー内の圧力と温度の急速な揺らぎは絶縁破壊電圧
を瞬間的に低下させるので、放電がおこり、それがフエ
ライト・ビーズ90で検出される。この放電は、次にスパ
ーク・タイミングを遅らせるのに使われる。
In the last phase, the "hover" phase, a series of square wave control signals 130 are output from the microprocessor 32 to generate a corresponding sawtooth pulse train 24. As described above, this hover voltage is used for detection of automatic ignition. If the cylinder pressure is normal without auto ignition,
The maximum hover voltage across the plug gap is not sufficient to cause a discharge. However, when auto-ignition occurs, rapid fluctuations in pressure and temperature in the cylinder will momentarily reduce the breakdown voltage, causing a discharge, which is detected by ferrite beads 90. This discharge is then used to delay spark timing.

前述したように、質問パルス22はパルス24の適当なホ
ーバー電圧値を校正するのに使われる。それゆえ、シリ
ンダが平均よりも高い圧力下で正常に作動すると、ホー
バー電圧の最大値は増加して、自動点火によつて生じた
圧力の揺らぎを検出できるようにさせる。逆に、正常圧
力が平均よりも低ければ、ホーバー電圧24は低い値にな
り、正常な点火動作の間におこる為の時点点火指示を防
ぐ。校正のために、パルス124とパルス130のパルス幅の
比が使われる。質問パルスにおいて絶縁破壊電圧が高い
ほど、ホーバー電圧24の値が高い。第8図は、パルス12
6のようにパルス幅が大きくなつたとき、長くされた制
御信号132がより高いホーバー電圧134をもたらすことを
示している。ホーバー相の間、放電なしに正常な燃焼の
間、プラグ・ギヤツプ間の電圧はパルス列24のように、
徐々に消えていく。
As mentioned above, the interrogation pulse 22 is used to calibrate the appropriate hover voltage value of the pulse 24. Therefore, when the cylinder operates normally at a higher than average pressure, the maximum value of the hover voltage is increased to allow detection of pressure fluctuations caused by auto-ignition. Conversely, if the normal pressure is lower than the average, the hover voltage 24 will be low, preventing a point-in-time ignition instruction to occur during normal ignition operation. For calibration, the ratio of the pulse width of pulse 124 to pulse 130 is used. The higher the breakdown voltage in the interrogation pulse, the higher the value of the hover voltage 24. FIG. 8 shows pulse 12
When the pulse width is increased, as in FIG. 6, the increased control signal 132 results in a higher hover voltage 134. During the hover phase, during normal combustion without discharge, the voltage between the plug and the gap, as in pulse train 24,
It gradually disappears.

第9図はスキヤニング・ルーチン138のフローチヤー
トを示している。このルーチンで行われる変動を調整す
るために、キー・パツド入力が与えられる。ブロツク14
0でシリンダーが同期しているかどうかを決定するの
で、点火命令がエンジン・タイミング・トランスジユー
サー34から適当に出力される。また、ブロツク140で、
エンジンが作動しているかどうかも検出する。ブロツク
142と144でエンジンが止まつたかどうかを決定し、エン
ジン回転数を測定する。ブロツク144の1000RPMという値
は、質問・ホーバー信号が終わる低い回転数の例示であ
り、この回転数では自動点火はおこらない。ホーバー校
正ブロツク146は、上死点の後で所定回数、ホーバー電
圧をかけるタイミングを決定し、ブロツク148は上死点
後35゜の位置でホーバー電圧の印加を終わらせる。
FIG. 9 shows a flowchart of the scanning routine 138. A key pad entry is provided to adjust for variations made in this routine. Block 14
Since 0 determines whether the cylinders are synchronized, an ignition command is suitably output from the engine timing transducer 34. Also, at block 140,
It also detects whether the engine is running. Block
At 142 and 144, determine whether the engine has stopped and measure the engine speed. The value of 1000 RPM in block 144 is an example of a low speed at which the interrogation / hover signal ends, at which no automatic ignition occurs. The hover calibration block 146 determines the timing of applying the hover voltage a predetermined number of times after the top dead center, and the block 148 terminates the application of the hover voltage at a position 35 ° after the top dead center.

第10図は、マイクロプロセツサー32内のパルス・タイ
マーのパルス・スタート、遅延制御ルーチン150を示し
ている。これはパルス幅120を決め、点火、質問、ホー
バー・サイクルの間、マイクロプロセツサー32からパル
ス・トランス44に送られた制御パルスのために、パルス
周期122を決める遅延タイマーをスタートさせる。
FIG. 10 shows a pulse start and delay control routine 150 of the pulse timer in the microprocessor 32. This determines the pulse width 120 and starts a delay timer that determines the pulse period 122 for control pulses sent from the microprocessor 32 to the pulse transformer 44 during the ignition, interrogation, and hover cycles.

第11図はホーバー相のパルスの幅120と周期122を決定
するためのパルス制御ルーチン154を示している。エン
ジン・タイミング・トランスジユーサー345からの入力
について、パルス幅と遅延タイマーがそれぞれブロツク
156、158のようにスタートされる。ブロツク160は上死
点後35゜で校正し、第9図のブロツク148に入力され
る。
FIG. 11 shows a pulse control routine 154 for determining the width 120 and the period 122 of the hover phase pulse. The pulse width and delay timer of the input from the engine timing transducer 345 are respectively blocked.
It starts like 156,158. Block 160 is calibrated at 35 ° after top dead center and input to block 148 in FIG.

第12図はパルス幅ルーチン162を示し、ソフトウエア
制御下でスタートし、ソフトウエア又は外部高周波電流
信号によつてストツプするパルス・タイマーを示してい
る。このルーチンで、質問パルスのパルス幅はブロツク
164でホーバー・パルス幅を決めるために使われる。
FIG. 12 shows the pulse width routine 162, which shows a pulse timer that starts under software control and stops by software or an external high frequency current signal. In this routine, the pulse width of the interrogation pulse is
Used at 164 to determine the hover pulse width.

第13図は点火ホーバー相制御ルーチン172を示してい
る。このルーチンは、それぞれ点火相をホーバー相に関
係した2つのブロツク174、176を有している。各ブロツ
クに対し、パルス・タイマーと遅延タイマーが適当なパ
ルス幅とパルス周期を決めるためにスタートされる。
FIG. 13 shows an ignition hover phase control routine 172. This routine has two blocks 174, 176, each with an ignition phase related to the hover phase. For each block, a pulse timer and a delay timer are started to determine the appropriate pulse width and pulse period.

上記説明は本発明の好ましい実施例についてなされた
が、本発明はその範囲から逸脱することなく変形するこ
とができる。
Although the above description has been made with reference to preferred embodiments of the present invention, the present invention may be modified without departing from the scope.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はスパーク・プラグでの放電電圧の特性グラフ、
第2図は絶縁破壊電流の特性グラフ、第3図はクランク
シヤフト位置に対するシリンダー圧力(上図)とパルス
電圧(下図)のグラフ、第4図は本発明の点火システム
のブロツク回路図、第5図はパルス・トランスとドライ
バーの詳細な回路図、第6図はパルス・トランスの断面
図、第7図は多重放電サイクルの制御信号・2次電圧・
高周波電流の各パルス列、第8図は制御信号(上図)と
2次電圧(下図)のパルス波形、および第9〜13図は本
発明の点火システムのマイクロプロセツサーで制御され
る各ルーチンのフローチヤートである。 30……点火システム;32……マイクロプロセツサー; 44……パルス・トランス;46……ドライバー; 82……スパーク・プラグ・ギヤツプ; 102……スパーク・プラグ。
FIG. 1 is a characteristic graph of a discharge voltage at a spark plug,
FIG. 2 is a characteristic graph of a breakdown current, FIG. 3 is a graph of a cylinder pressure (upper diagram) and a pulse voltage (lower diagram) with respect to a crankshaft position, FIG. 4 is a block diagram of an ignition system of the present invention, and FIG. The figure shows a detailed circuit diagram of the pulse transformer and the driver, FIG. 6 is a cross-sectional view of the pulse transformer, and FIG. 7 shows the control signal, secondary voltage,
Each pulse train of the high-frequency current, FIG. 8 shows the pulse waveforms of the control signal (upper figure) and the secondary voltage (lower figure), and FIGS. 9 to 13 show each routine controlled by the microprocessor of the ignition system of the present invention. It is a flowchart. 30 Ignition system; 32 Microprocessor; 44 Pulse transformer; 46 Driver; 82 Spark plug gap; 102 Spark plug.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02P 3/08 302 F02P 17/12 F02P 3/01 F02P 15/10 301──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F02P 3/08 302 F02P 17/12 F02P 3/01 F02P 15/10 301

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スパーク・プラグに接続され、1次巻線と
2次巻線を有するパルス・トランスと、 該パルス・トランスの1次巻線に電圧信号を与えて、該
スパーク・プラグに印加される高電圧信号を2次巻線に
誘起するドライバー手段と、 該ドライバー手段に制御信号を与えて、2次巻線に電圧
を発生させるコントローラー手段と、 スパーク・プラグでの放電の発生を検知し、放電信号を
コントローラー手段に与えてコントローラー手段の作動
を制御する放電検出手段と、 さらに、ピストンの位置を検知しタイミング信号を与え
るタイミング手段を有して、 該コントローラー手段が、ピストンの上死点の後でシリ
ンダー作動周期中にスパーク・プラグに所定最大値のホ
ーバー電圧を印加し、 該ホーバー電圧は、スパーク・プラグの放電が、シリン
ダー内に自動点火があれば生ずるが、シリンダー内で正
常燃焼が行われれば生じないという値で印加され、 該放電検出手段が自動点火の発生を示す信号を与えて、 ピストンの上死点の後でシリンダー内に生じる圧力と温
度の揺らぎにより、正常な燃焼ではない自動点火の存在
を検出する、内燃機関のための点火システム。
1. A pulse transformer connected to a spark plug and having a primary winding and a secondary winding, and applying a voltage signal to a primary winding of the pulse transformer to apply the voltage signal to the spark plug. Driver means for inducing a high voltage signal to be applied to the secondary winding, controller means for applying a control signal to the driver means to generate a voltage on the secondary winding, and detecting occurrence of discharge at the spark plug And a discharge detection means for providing a discharge signal to the controller means to control the operation of the controller means; and a timing means for detecting a position of the piston and providing a timing signal, wherein the controller means Applying a predetermined maximum hover voltage to the spark plug during the cylinder actuation cycle after the point, wherein the hover voltage is such that the discharge of the spark plug is It is applied at a value such that it occurs if there is automatic ignition in the cylinder, but does not occur if normal combustion occurs in the cylinder.The discharge detection means gives a signal indicating the occurrence of automatic ignition, and the piston detects the top dead center of the piston. An ignition system for an internal combustion engine that detects the presence of abnormal ignition due to pressure and temperature fluctuations that occur later in the cylinder.
【請求項2】ピストン位置を検知し、タイミング信号を
与えるタイミング手段と、 シリンダー内にエア・ギャップを形成する電極を有する
点火スパーク・プラグと、 該スパーク・プラグのエア・ギャップに電圧を与える電
源手段と、 タイミング信号を受け、該電源手段を制御して上死点の
後でシリンダー作動周期中に該スパーク・プラグ・ギャ
ップに所定最大値のホーバー電圧を印加し、該ホーバー
電圧は、スパーク・プラグ間の放電が、シリンダー内で
自動点火があれば生ずるが、正常燃焼であれば生じない
値で印加されるコントローラー手段と、 該ホーバー電圧によってスパーク・プラグ・ギャップに
放電が発生したことを検知し、自動点火の存在を示す信
号を与える放電検出手段とから成る、 上死点の後でシリンダー内に生じる圧力と温度の揺らぎ
により、正常な燃焼でない自動点火の存在を検出するこ
とを特徴とする、内燃機関のための点火システム。
A timing means for detecting a piston position and providing a timing signal; an ignition spark plug having an electrode forming an air gap in a cylinder; and a power supply for applying a voltage to the air gap of the spark plug. Means for receiving a timing signal and controlling the power supply means to apply a predetermined maximum value of the hover voltage to the spark plug gap during the cylinder operation cycle after the top dead center; Detects the occurrence of discharge in the spark plug gap by means of the controller means, which applies a value between the plugs if auto-ignition occurs in the cylinder but does not occur during normal combustion, and the hover voltage. And a discharge detection means for providing a signal indicating the presence of auto ignition, the pressure occurring in the cylinder after top dead center. And the fluctuation of the temperature, and detects the presence of the auto-ignition is not a normal combustion, ignition system for an internal combustion engine.
【請求項3】ピストン位置を検知し、タイミング信号を
与えるタイミング手段と、 エア・ギャップを形成する電極をシリンダー内に有する
点火スパーク・プラグと、 該スパーク・プラグに直接接着され、1次巻線と2次巻
線を有して、該2次巻線がスパーク・プラグの電極に接
続されたパルス・トランスと、 制御信号に応じてパルス・トランスの1次巻線に電圧パ
ルスを送り、スパーク・プラグの電極に高電圧信号を与
えるドライバー回路と、 スパーク・プラグ電極の1つとアースとの間に接続され
たアース戻り導体と、該導体内の電流を検知する電流検
出器とを有して、該スパーク・プラグ・ギャップ間のア
ースの初めに生じる短時間の大電流を検知するスパーク
放電検出器と、 タイミング信号を受けてドライバー回路に制御信号を与
え、上死点の後でシリンダー作動周期中に、スパーク・
プラグ・ギャップ間に所定最大値のホーバー電圧を印加
し、該ホーバー電圧最大値は、スパーク・プラグ間の放
電が、シリンダー内に自動点火があれば生ずるが、正常
燃焼であれば生じないように定められ、該スパーク放電
検出器の出力信号に応じて点火タイミングを調整するコ
ントローラー手段とからなる、 上死点の後でシリンダー内に生じる圧力と温度の揺らぎ
により、正常な燃焼ではない自動点火の存在を検出する
ことを特徴とする内燃機関のための点火システム。
3. A timing means for detecting a piston position and providing a timing signal; an ignition spark plug having an electrode forming an air gap in a cylinder; and a primary winding directly bonded to the spark plug. And a secondary winding, the secondary winding being connected to the electrode of the spark plug, and a voltage pulse being sent to the primary winding of the pulse transformer in response to a control signal. A driver circuit for applying a high voltage signal to the electrode of the plug, a ground return conductor connected between one of the spark plug electrodes and ground, and a current detector for detecting a current in the conductor. A spark discharge detector for detecting a short-time large current generated at the beginning of the ground between the spark plug gaps, and receiving a timing signal to provide a control signal to a driver circuit. , Into the cylinder operating cycle after the top dead center, spark
A predetermined maximum value of the hover voltage is applied between the plug gaps, and the maximum value of the hover voltage is set so that the discharge between the spark plugs occurs when the auto-ignition occurs in the cylinder but does not occur during normal combustion. And controller means for adjusting the ignition timing according to the output signal of the spark discharge detector. The fluctuation of the pressure and temperature occurring in the cylinder after the top dead center causes the automatic ignition which is not normal combustion to occur. An ignition system for an internal combustion engine, characterized by detecting the presence.
【請求項4】前記コントローラー手段がさらに、自動点
火を検知すれば点火タイミングを遅らせ、自動点火を検
出しなければ点火タイミングを早めることにより、自動
点火の開始付近で作動する、請求項1〜3記載の点火シ
ステム。
4. The system according to claim 1, wherein said controller means operates near the start of the automatic ignition by delaying the ignition timing when detecting the automatic ignition, and advancing the ignition timing when not detecting the automatic ignition. The ignition system as described.
【請求項5】ピストン位置を検知し、タイミング信号を
与えるタイミング手段と、 エア・ギャップを隔ててシリンダー内に電極を有する点
火スパーク・プラグと、 該スパーク・プラグに直接装着され、1次巻線と2次巻
線を有して、該2次巻線がスパーク・プラグの電極に接
続されているパルス・トランスと、 制御信号に応じてパルス・トランスの1次巻線にパルス
電圧を送って、スパーク・プラグ電極に高電圧信号を与
えるドライバー回路と、 スパーク・プラグ電極とアースとの間に接続されたアー
ス戻り導体と、該導体内の電流を検知する電流検出器と
を有して、該スパーク・プラグ・ギャップ間のアークの
始めに短時間だけ流れる大電流を検知するスパーク放電
検出器と、 該タイミング信号を受けて制御信号をドライバー回路に
送り、自動点火が通常発生しないピストン作動周期の間
で質問制御信号を与え、該質問制御信号は該スパーク・
プラグ・ギャップに質問パルス電圧を生じせしめ、該質
問電圧を該ギャップ間に放電が生じる絶縁破壊電圧に到
達するため増加させ、該絶縁破壊電圧は該スパーク・プ
ラグ電極がさらされる圧力温度条件に影響されるもので
あり、そしてそのときの条件を示す質問制御信号の前縁
と絶縁破壊電流との間の位相差を測定し、さらに、上死
点の後でシリンダー作動周期中に所定最大値のホーバー
電圧をスパーク・プラグ・ギャップ間に印加し、該ホー
バー電圧はスパーク・プラグ間の放電が、シリンダー内
に自動点火があれば生ずるが、正常燃焼であれば生じな
い値に印加され、さらに、ホーバー電圧の値を該位相差
に応じて調整し、それによって該ホーバー電圧を質問パ
ルス絶縁破壊電圧に応じて調整するコントローラー手段
とからなることを特徴とする 上死点の後でシリンダー内に生じる圧力と温度の揺らぎ
により、正常な燃焼ではない自動点火の存在を検出す
る、内燃機関のための点火システム。
5. A timing means for detecting a piston position and providing a timing signal; an ignition spark plug having an electrode in a cylinder separated by an air gap; and a primary winding mounted directly on the spark plug. And a secondary winding, the secondary winding being connected to the electrode of the spark plug, and a pulse voltage being sent to the primary winding of the pulse transformer according to a control signal. A driver circuit for applying a high voltage signal to the spark plug electrode, a ground return conductor connected between the spark plug electrode and ground, and a current detector for detecting a current in the conductor, A spark discharge detector for detecting a large current flowing only for a short time at the beginning of an arc between the spark plug gap, and receiving a timing signal to send a control signal to a driver circuit. Gives a question control signals between the piston operating cycle auto-ignition does not normally occur, the question control signals the spark
Causing an interrogation pulse voltage in the plug gap and increasing the interrogation voltage to reach a breakdown voltage at which discharge occurs between the gaps, the breakdown voltage affecting the pressure temperature conditions to which the spark plug electrode is exposed. And measuring the phase difference between the leading edge of the interrogation control signal indicating the current condition and the breakdown current, and furthermore, after the top dead center, during the cylinder operating cycle, the predetermined maximum value. A hover voltage is applied between the spark plug gaps, the hover voltage being applied to a value such that a discharge between the spark plugs occurs if there is auto-ignition in the cylinder, but does not occur during normal combustion; Controller means for adjusting the value of the hover voltage according to the phase difference, thereby adjusting the hover voltage according to the interrogation pulse breakdown voltage. The pressure and temperature fluctuations that occur in the cylinder after top dead center to symptoms, to detect the presence of auto-ignition is not a normal combustion, ignition system for an internal combustion engine.
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