JP4221208B2 - 点火装置および点火方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車に対する点火装置および自動車の内燃機関の点火方法に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に対する点火装置では１次電流によって点火コイルに磁界が形成されかつ引き続いて瞬時的に遮断され、これにより磁界が崩壊しかつトランスとして用いられる点火コイルに高い２次電圧が生成される。この電圧により２次電流回路の点火プラグにおいて点火火花が形成される。しかし問題なのは一般に、１次電流がスイッチオンないし立ち上がっただけで、所望される点火電圧とは極性的に反対向きの２次電圧が誘起され、このためにスイッチオン火花として既に、点火プラグにおける火花形成が招来される可能性がある。
【０００３】
スイッチオン火花によるこのような起こり得る点火は種々の公知の点火装置において種々異なった意味を持ってくる。１次回路が搭載電圧源ないし車両バッテリーからエネルギー供給される従来の点火装置では、点火過程を開始しかつ所望の点火持続時間の間維持するために十分高いエネルギーを有する磁界を形成するために数百マイクロ秒が必要である。従ってスイッチオン火花による点火は圧縮フェーズにおいて場合によっては入口弁が開放されているときに生じることもあり、重大な結果をもたらすことになりかねない。誘起されたスイッチオン電圧は磁界の崩壊の際に誘起される点火電圧に対して反対の極性を有しているので、２次回路におけるＥＦＵ（Einschalt-Funken-Unterdrueckungs＝スイッチオン火花抑圧）ダイオードによってスイッチオン火花を効果的に抑圧することができる。
【０００４】
交流点火（Wechselstromzuendung＝ＷＳＺ）の場合、１次電流回路は比較的高い電圧、通例は１５０Ｖより高い電圧を有するエネルギー源によって給電され、このために煩雑でかつコストのかかる変換器が必要とされる。通例の点火に比べて短くかつ時間的に遅めに出力される制御信号は機能装置において複数の短い、相次いで現れるバーストパルスが生成されるようにする。これらのパルスが点火トランジスタを駆動制御しかつ１次電流回路に実質的にのこぎり波状の電流パルス列が生じるようにする。ＷＳＺにおける充電過程は短くかつ後で使用されるようになっているので、スイッチオン火花による早期の点火は第１のパルスの直接続く電圧降下の際の点火より多少早めに点火過程を引き起こすだけである。従ってＷＳＺではＥＦＵダイオードを省略することができる。複数の連続する１次電流パルスおよびこれにより誘起される２次電流パルスによって、点火プラグには点火の開始後にも連続的にエネルギーが供給されて、点火持続時間にわたって十分なエネルギーを使用することができるのである。
【０００５】
しかしＷＳＺにおいて不都合なのは殊に、煩雑でしかもコストの高い変換器が使用されることである。更に部分的に、例えば１０００Ｖを越える電圧に対する２次回路におけるパワースイッチのような煩雑な素子およびコンデンサが必要とされる。
【０００６】
パルス点火（Pulszuendung＝ＰＺＺ）では、ＷＳＺの場合のように点火トランジスタは時限素子を有する機能装置によって駆動制御され、これにより１次電流回路において実質的にのこぎり波状または台形の電流パルスの列が生成される。しかし１次電流回路は従来の点火の場合のように車両バッテリーないし搭載電源によって給電されるので、１次電流回路による点火コイルの充電過程はＷＳＺに比べて著しく延長されるので、殊に入力弁が開放しているときの圧縮行程の期間のスイッチオン火花による点火はひどい結果を招く可能性がある。それ故に−パルス列のない従来の点火の場合のように−２次電流回路にＥＦＵダイオードが接続されていて、１次電流の増加の際に誘起されるスイッチオン火花が２次電流回路において阻止されかつ第１の１次電流パルス後の突然の電圧降下の際に２次電流回路に誘起される点火電流が通されるようにしている。
【０００７】
しかし２次電流回路にＥＦＵダイオードを使用する不都合は次の通りである：後続の１次電流パルスによって誘起される２次電圧パルスを部分的にしか２次電流パルスとして点火プラグに転送することができない。ＥＦＵダイオードは点火電圧と同じ極性を有するバースト電流パルスしか−すなわち点火トランジスタの阻止時間の期間−通さないので、点火プラグへのエネルギー供給は著しく低減されかつ時間的に中断されているので、これにより所望の点火時間空間を介する点火火花の維持は不都合な状況にされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スイッチオン火花が確実に抑圧され、にも拘わらず点火過程中点火プラグへの高いエネルギー供給が保証される点火装置および点火方法を提供することである。
【０００９】
【解決手段、発明の利点および実施の形態】
この課題は請求項１に記載の点火装置並び請求項８に記載の点火方法によって解決される。
【００１０】
請求項１に記載の点火装置並び請求項８に記載の点火装置の作動方法は従来技術に比べて殊に、スイッチオン火花が確実に抑圧されかつにも拘わらず点火過程中点火プラグへの高いエネルギー供給が保証されるという利点を有している。このことは有利にも相対的に僅かな手間および僅かなコストによって実現される。
【００１１】
従属請求項は本発明の点火装置および本発明の方法の有利な実施形態を表している。
【００１２】
従って本発明によれば２次電流回路に、充電過程の開始の期間にスイッチオン火花を確実に抑圧する素子が使用される。抑圧できる理由は次の通りである：該素子にはその前に順方向に電圧が加わっておらず、従って順方向電流が流れていないからである。引き続いて、１次電流の側縁が下降しかつ点火コイルの磁界が崩壊すると、引き起こされた点火電流が順方向に確実に通され、これにより素子にはキャリアが急激に流れる。点火火花が燃焼しかつ点火トランジスタが再びスイッチオンされると、素子は−パルス列点火の場合とは異なって−再充電期間に、そもそも阻止方向に電圧が加わっている場合にも導通状態を維持する。
【００１３】
従って一方において点火装置の確実な機能−スイッチオン火花の抑圧および点火火花の許容−が保証されかつ他方において再充電時間空間の間の点火プラグへのエネルギー供給を維持することができる。
【００１４】
阻止方向における通し時間は、点火コイルの磁界の遮断によって誘起される点火電圧パルスに続く、２次電圧の１つまたは複数の再充電パルス、有利には素子の阻止方向に極性付けられている１つまたは複数の再充電パルスにわたって延在している。
【００１５】
本発明の素子としてまず、所望の特性を有するそれぞれの素子を使用することができる。殊に−必ずしもではないが−この素子はトリガーダイオードまたはトライアック（双方向サイリスタダイオード）であってよい。トライアックはこの場合有利には、そのゲートを主電極に接続し、従ってアノードを形成することによってダイオード（トランジスタダイオード）として接続されている。
【００１６】
従って本発明の構成部分は基本的に、容量的な特性を有しているだけであって、火花電流を維持するために十分な電流を阻止方向に通しはしない従来の、スイッチオン火花抑圧のために用いられるダイオードとは基本的に相異している。本発明によれば有利には、素子の最小ターンオフ時間は点火トランジスタの再スイッチオン後の２次電圧上昇の時間よりも長い。
【００１７】
従って本発明によれば、２次電流回路に基本的に阻止形であるが、ダイナミック特性には十分に慣性のある素子が使用される。すなわちこの素子の特性は点火コイルの設計および使用の搭載電源圧力によって、再充電パルスが通されて、点火過程の終了後、次の点火過程の開始のためにキャリアが残らず、かつスイッチオン火花の形成に続く、１次電流の形成が確実に妨げられるように調整される。
【００１８】
交流電流点火に対して、１次電流回路に対する比較的高い電圧を形成するための煩雑でかつコストのかかる変換器を省略することができる。更に、この素子によってＷＳＺの場合より、点火過程の開始の一層確実な特定が可能になる。というのは、スイッチオン火花により点火が行われる可能性はないからである。この場合ＷＳＺに対して、殊にトライアックまたはトリガーダイオードが使用される場合の素子の付加コストは非常に僅かである。
【００１９】
パルス列点火に対して、点火プラグに対する連続的なエネルギー供給が可能になりかつ全体のエネルギー供給が著しく高められ、従って点火過程が改善される。更に、本発明の点火装置では２次電圧の極性を変化することができるので、第１の、従って極めて強力な２次電流のために点火プラグが焼損することはなく、場合によって使用されるイオン電流評価を更に正の測定電圧で作動させることができる。
【００２０】
【実施例】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
図１に示されているように、本発明の点火装置１は、演算増幅器６と演算増幅器６の帰還結合路に介挿されている時限素子８とＡＮＤゲート５とを備えている機能回路２を有している。ＡＮＤゲート５の入力側は信号接続端子４および時限素子８に接続されており、その出力側は演算増幅器６の非反転入力側に接続されている。演算増幅器６の出力側はドライバ装置１０を介して点火トランジスタ１２として用いられるＦＥＴのゲートに接続されている。点火トランジスタ１２はこの場合１次電流回路１３の１次電流の制御のために用いられる。１次電流回路１３はバッテリー接続端子１４とアース線路１９との間にあり、従って例えば１２Ｖの搭載電源電圧によって給電されるだけである。１次電流回路１３には点火コイル１５の１次巻線接続端子および分路抵抗２２が設けられている。点火トランジスタ１２のソースは電流検出装置１１を介して演算増幅器６の反転入力側に接続されている。更に、点火トランジスタ１２に対する１次電流回路１３にダイオード２３およびコンデンサ２４を並列に接続することができる。
【００２２】
点火コイル１５の２次巻線接続端子は２次電流回路１７において一方において直接点火プラグ１６に接続されておりかつ他方においてトライアック１８を介して点火プラグ１６の別の接続端子に接続されている。この場合トライアック１８のゲート接続端子はその２つの主電極の１つに接続されているので、これは以下に説明する導通および阻止特性を有するダイオードとして作用する。
【００２３】
本発明によれば、内燃機関の作動時に、図２ａで示されている制御信号が信号接続端子４に加えられる。制御信号は時点Ｔ１まで低い電圧レベルにありかつ時点Ｔ１とＴ５との間では高い電圧レベルにある。機能装置２は図２ｂに示されているようにＴ１ないしＴ５の時間間隔の間２つの矩形の電圧パルス、すなわち時点Ｔ１と時点Ｔ２との間の第１の矩形電圧パルス２５と時点Ｔ３と時点Ｔ４との間の第２の矩形電圧パルス３５とを発生する。図２ｂに示されているこのゲート制御信号、すなわち殊に、分路抵抗２２における電圧降下が僅かである場合には実質的にゲート−ソース電圧に相応しているこのゲート制御信号によって、点火トランジスタ１２が駆動制御される。これにより点火トランジスタ１２は時点Ｔ１において高抵抗状態から低抵抗状態に制御されるので、図２ｃに示されているように、第１の１次電圧パルス２６を有する１次電流Ｉｐが形成されかつこれにより点火コイル１５中に磁界が形成される。この場合１次電流Ｉｐの時間的な上昇は点火コイル１５の１次インダクタンスによって決められる。時点Ｔ１における１次電流Ｉｐのスイッチオンの祭に２次巻線に図２ｄに示されているように、スイッチオン電圧ピークおよび後続の多少降下している電圧を有する第１の２次電圧パルス２８が誘起される。しかしこの２次電圧Ｕｓに対してトライアック１８が阻止方向に極性付けられている。このことはＴ１およびＴ２間の２次電圧Ｕｓの破線の信号経過によって示されている。従って、図２ｅから明らかであるように、２次電流Ｉｓは流れないしもしくは点火プラグ１６の点火を招来することがない無視できる程度の阻止電流が流れるだけである。
【００２４】
時点Ｔ２において１次電流Ｉｐはその目標値に達し、かつ機能装置２から供給される、図２ｂの駆動制御信号ｂは点火トランジスタ１２において正の電圧レベルから負の電圧レベル（アース）に突然降下し、その結果点火トランジスタ１２は高抵抗になりかつ１次電流Ｉｐを図２ｃに示すようにただちに阻止する。これにより点火コイル１５における磁界は崩壊しかつそれ自体周知のように図２ｄに示されているように高い２次電圧Ｕｓを誘起する。誘起されたこの点火電圧はＴ１とＴ２の間に誘起されたスイッチオン電圧に対して正負記号ないし極性が反対であるので、トライアック１８は導通状態にあり、点火電圧は点火プラグ１６に加わりかつこれを点火する。従ってＴ２とＴ３との間ではトライアック１８によって、２次電流パルス３０を有する図２ｅに示されている２次電流Ｉｓを介するエネルギー導入の第１フェーズが許容される。この順方向電流によってトライアック１８にはＴ２とＴ３の間でキャリアが一斉に流れる。
【００２５】
時点Ｔ３において機能回路２は時限素子８によって図２ｂに示されているように第２の正の電圧パルス３５を供給する。これは点火トランジスタ１２を制御しかつ第２の１次電圧パルス２７を導く。これらにより更に、点火コイル１５に磁界が形成されかつ図２ｄに示されているようにＴ３とＴ４の間で２次電圧Ｕｓの正のパルス２９が誘起される。この場合トライアック１８は、Ｔ１とＴ２の間の場合のように、今度も阻止方向に極性付けられている。しかしトライアックにはその前の順方向電流によってまだキャリアが存在しているので、相応の２次電流Ｉｓが阻止方向に形成される可能性がある。これは点火コイル１６に引き続き−今度は反対の極性で−時点Ｔ４まで図２ｅの電流パルス３１において電流を供給し、時点Ｔ４において点火トランジスタ１２に加わる図２ｂの駆動制御信号は再び降下し、これにより図２ｅに示されているように第２の１次電流パルス２７の電圧降下が生じ、このために磁界は崩壊しかつこれにより今度は図２ｄに示されているように負の２次電圧Ｕｓが誘起され、この２次電圧によりトライアック１８の順方向において図３ｃに示されている２次電流パルス３２が生じることになる。Ｔ４とＴ５との間の時間間隔における回路の状態はＴ２およびＴ３間の場合と同じである。Ｔ５において駆動制御信号２ａが「オフ」に切り換えられたので、点火トランジスタ１２はもはや駆動制御することができずかつコイルにまだ残っているエネルギーは時点Ｔ６までで完全に消失し、Ｔ６において火花は消える。アクティブな駆動制御信号２ａが長めに持続するという変形実施例では、相応に時間区間Ｔ２ないしＴ４が繰り返される。
【００２６】
従ってトライアックによって、パルス列点弧の場合に使用されるＥＦＵＥダイオードに比べて、その阻止能力を意図的に無効にする可能性を提供する素子が使用される。トライアックの代わりに例えばトリガーダイオードを使用することもできる。
【００２７】
従って図２ｅに図示の２次電流ＩｓはＴ１までの時間空間において、Ｔ１およびＴ２の間およびＴ２とＴ３の間ではパルス列点火の２次電流に相応している。この場合、Ｔ３およびＴ４の間および場合によっては後から生じる、点火トランジスタ１２のゲートに加わる電圧パルス２ｂでは本発明の点火装置およびＰＺＺは相異している。従ってプラグに対する全体のエネルギー供給は増加しかつしかもそれはパルス化されているばかりではなく、連続的でもある。
【００２８】
本発明の点火装置の図２ｅの２次電流Ｉｓの時間特性は交流電流点火に相応し、その際−煩雑な変換器に代わって−１次電流を供給する比較的低い給電電圧ＵＢａｔに基づいて、比較的長い充電時間が生じることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の点火装置の回路略図である。
【図２】駆動制御信号の経過（ａ）、点火トランジスタのゲートに加わる入力信号の経過（ｂ）、１次電流の経過（ｃ）、２次電圧の経過（ｄ）および２次電流の経過（ｅ）をそれぞれ時間に関して示す波形図である。
【符号の説明】
１ 点火装置、 ２ 機能装置、 ４ 信号接続端子、 ５ ＡＮＤゲート、６ 演算増幅器、 ８ 時限素子、 １０ ドライバ装置、 １２ 点火トランジスタ、 １３ １次電流回路、 １４ バッテリー接続端子、 １５ 点火コイル、 １６ 点火プラグ、 １７ ２次電流回路、 １８ トライアック、２２ 分路抵抗

Claims (11)

1. 自動車に対する点火装置であって、
   駆動制御信号を受け取りかつパルス信号を出力するための機能装置（５，６，８，１０，１１）を備え、
   前記パルス信号を受け取るための点火トランジスタ（１２）を備え、
   点火コイル（１５）を備え、該点火コイルの１次巻線接続端子は搭載電圧源（ＵＢａｔ）から給電される、点火トランジスタ（１２）によって切換可能な１次電流回路（１３）に接続されておりかつ点火コイルの２次巻線接続端子は点火プラグ（１６）を収容するための２次電流回路（１７）に接続されており、ここで
   該２次電流回路（１７）に次のような素子（１８）が設けられている、すなわちａ） 点火コイル（１５）の磁界の低減によって引き起こされる可能性がある順方向電流をその順方向において通し、
   ｂ） その阻止方向においてその前の順方向電流がない場合には電流を阻止しかつ
   ｃ） その阻止方向においてその前の順方向電流の後では点火過程の維持のために適している電流を通し時間にわたって維持する
   点火装置。
2. 阻止方向における通し時間は、点火コイル（１５）の磁界の遮断によって誘起される点火電圧パルスに続く、２次電圧（Ｕｓ）の１つまたは複数の再充電パルスにわたって延在している
   請求項１記載の点火装置。
3. 点火トランジスタ（１２）の再スイッチオン後の前記素子（１８）のターンオフ時間は最小値より大きいかこれに等しい
   請求項１または２記載の点火装置。
4. 前記素子はトリガーダイオードである
   請求項１から３までのいずれか１項記載の点火装置。
5. 前記素子はトライアック（１８）である
   請求項１から３までのいずれか１項記載の点火装置。
6. 前記トライアック（１８）は、そのゲートを主電極に接続しかつ該ゲートがダイオードのアノードを形成することによって、ダイオードとして接続されている
   請求項５記載の点火装置。
7. イオン電流測定装置が設けられている
   請求項１から６までのいずれか１項記載の点火装置。
8. 内燃機関の点火方法であって、
   １次電流回路において複数のパルス（２６，２７）を有する１次電流を発生し、かつ
   点火コイル（１５）において誘起される２次電流（Ｉｓ）を素子（１８）によって
   ａ） 順方向において順方向電流として通し、
   ｂ） 阻止方向においてその前の順方向電流がない場合阻止電流として阻止しかつ
   ｃ） 阻止方向においてその前の順方向電流の後では通し時間にわたって通しかつ点火過程を維持する
   内燃機関の点火方法。
9. 通し時間は、点火コイル（１５）の磁界の遮断によって誘起される点火電圧パルスに続く、２次電圧（Ｕｓ）の１つまたは複数の再充電パルス（２９）にわたって延在している
   請求項８記載の方法。
10. 点火トランジスタ（１２）の再スイッチオン後の前記素子（１８）のターンオフ時間は最小値より大きいかこれに等しい
    請求項８または９記載の方法。
11. 点火過程を駆動制御信号の遮断の際または遮断後に中断する
    請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。

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