JP4460135B2 - Ignition system and ignition method for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーンまたは層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムおよび点火方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、筒内噴射ガソリンエンジン等が実用化されたことに伴い、内燃機関の点火システムでは、例えば成層燃焼において、火花放電時の点火コイルによる誘導電流の持続時間を長めに設定している。これにより、確実な着火を可能にし、あらゆる運転条件に応じた成層燃焼を可能にしている。
【0003】
このため、成層燃焼やリーン条件等の運転状態においては、火花放電時の点火コイルによる誘導電流の持続時間を長めに設定する必要から、点火コイルの二次コイルにより大きな放電エネルギーを蓄えることが要求される。具体的には、一般に二次コイルのインダクタンスを高めるため、コイルの巻回数を増加させる構成が採られている。
【0004】
また、例えば特開平3−13430号公報に開示される「内燃機関の点火装置」の如く、コンデンサを用いた容量放電式により点火装置を構成することによって、点火コイル自体を小型にする構成も考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次コイルの巻回数を増加させる構成を採ると、点火コイルの大型化を招くため、点火コイルによるエンジンルーム内の占有体積が増大し、内燃機関に付随する他の装置等の配置を困難にするという問題が生ずる。
【0006】
また、コンデンサを用いた容量放電式により点火装置を構成したものでは、点火コイルを小型にするため、相互誘導係数を下げることが必要となり、その結果、昇圧コイルの前段に半導体式のDC−DCコンバータを設け中程度の高電圧に一旦昇圧する構成を採る必要が生ずる。そのため、▲1▼DC−DCコンバータを設けること、▲2▼一次コイルのスイッチング手段としてサイリスタを用いること、および、▲3▼複数回の放電を行うためには2つのサイリスタを用いること、がそれぞれ必要となる。つまり、点火装置を構成する部品点数の増大を招くという新たな問題を生じる。
【0007】
さらに、最近の内燃機関の点火システムでは、内燃機関のエンジンブロックに形成されるプラグホール内に収容可能な細長い円筒形状をなす点火コイルを、各点火プラグごとに搭載する傾向にある。そのため、点火コイルとして外径の小さいステックタイプのものを要求する市場ニーズに応え難いという問題もある。
【0008】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リーンまたは層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイルの体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る内燃機関の点火システムおよび点火方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段・作用および発明の効果
上記目的を達成するため、請求項1の内燃機関の点火システムでは、
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムにおいて、
前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグと、
前記点火プラグに火花放電電圧を供給する点火コイルと、
前記点火コイルの一次コイルに直列に接続され、この一次コイルに通電される一次電流を制御信号により通電または遮断するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に前記制御信号を与える点火制御手段と、
を備えた内燃機関の点火システムであって、
前記点火制御手段は、前記スイッチング手段に第1の制御信号を与えて前記点火コイルの二次コイルに前記火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に、第2の制御信号を前記スイッチング手段に与えて前記一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、前記二次コイルに前記火花放電電圧を断続的に発生させ
前記第2の制御信号により繰り返す前記スイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格SAEJ973に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が0.7mSec.以上1.3mSec.以下の電源条件において、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが30%以上70%以下で、遮断時間が200μSec.以下であることを技術的特徴とする。
【0010】
また、請求項2の内燃機関の点火システムでは、請求項1において、
前記第2の制御信号による前記一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、前記内燃機関の運転条件に応じて任意に設定されることを技術的特徴とする。
【0012】
上記目的を達成するため、請求項3の内燃機関の点火方法では、
層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火方法において、
内燃機関に取り付けられた点火プラグの火花放電に必要な第1の火花放電電圧を点火コイルからこの点火プラグに与えた後に、所定時間経過後、前記点火プラグの火花放電に必要な第2の火花放電電圧を前記点火コイルから断続的に複数回繰り返して前記点火プラグに与えることと、
前記第2の火花放電電圧を前記点火プラグに与える際の通電および遮断は、米国自動車技術会規格SAEJ973に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が0.7mSec.以上1.3mSec.以下の電源条件において、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが30%以上70%以下で、遮断時間が200μSec.以下であることとを技術的特徴とする。
【0013】
請求項1の発明では、点火制御手段は、スイッチング手段に第1の制御信号を与えて点火コイルの二次コイルに火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に第2の制御信号をスイッチング手段に与えて一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、二次コイルに火花放電電圧を断続的に発生させる。これにより、第1の制御信号による火花放電電圧で点火プラグが火花放電した後、所定時間経過後に、さらに第2の制御信号による火花放電電圧により点火プラグが断続的に火花放電を繰り返すので、点火プラグの火花持続時間を延長することができる。
したがって、層状吸気状態(成層燃焼状態)の運転状態においても、点火プラグの火花持続時間を長めに設定することができる。そのため、層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイルの体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る効果がある。
また、点火制御手段による第2の制御信号により繰り返すスイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格SAEJ973に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が0.7mSec.以上1.3mSec.以下の電源条件において、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが30%以上70%以下で、遮断時間が200μSec.以下である。これにより、通電時間が30%未満になることにより生じ得る点火プラグ電極間のイオン不足状態を回避し、また通電時間が70%を超えることにより生じ得る二次コイルのエネルギー不足状態を防止することができる。つまり、通電デューティ比が30%以上70%以下の場合に生じ得る放電不良を防止することができる。なお、好ましくは、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが40%以上60%以下で、遮断時間が100μSec.以下であることが望ましい。
これにより、このような放電不良をより防止することができるので、同運転状況下において、一層確実に点火し得る効果がある。
【0014】
請求項2の発明では、点火制御手段の第2の制御信号による一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、内燃機関の運転条件に応じて任意に設定される。これにより、内燃機関の運転条件に適した一次電流の通電および遮断の繰り返し回数を設定することができる。
したがって、請求項2の発明によれば、請求項1の発明による効果に加え、内燃機関の運転条件に適合した着火性を得られる効果がある。
【0016】
請求項3の発明によれば、請求項1の発明と同様の作用・効果が得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の点火システムおよび点火方法の実施形態を各図に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る内燃機関の点火システム(以下「点火システム」という。)は、主に、点火プラグ10、点火コイル12、エンジン制御ユニット(以下「ECU」という。)20、スイッチング素子IG、バッテリBATTから構成されている。なお、本点火システムでは、以下説明するように、本発明の内燃機関の点火方法に基づいて、第1の火花放電電圧および第2の火花放電電圧を点火プラグ10に与えている。
【0018】
点火プラグ10は、中心電極10aと接地電極10bとを備えており、この両電極が内燃機関の気筒内に露出するように内燃機関に取り付けられている。そして、点火コイル12から供給される火花放電用電圧が、中心電極10aおよび接地電極10bに印加されることにより、両電極間で火花放電が行われる。
これにより、両電極間では、点火プラグ10による火花放電後の燃焼等によりイオンが発生するため、火花放電後の両電極間は、このイオンを媒介にしたイオン電流が流れ得る状態になる。
【0019】
点火コイル12は、点火プラグ10に火花放電電圧を供給するもので、例えば磁性体コアを中心に一次コイルL1 および二次コイルL2 が巻回され、この両コイルL1 、L2 の巻数比は所定値に設定され構成されている。
一次コイルL1 の一端側にはバッテリBATTのプラス端子が接続され、また一次コイルL1 の他端側には、点火制御手段24を構成するスイッチング素子IGを介してバッテリBATTのマイナス端子に接続されている。一方、点火コイル12の二次コイルL2 の一端側には、点火プラグ10の中心電極10aが接続され、二次コイルL2 の他端側にはアースを介して接地電極10bが接続されている。
【0020】
なお、二次コイルL2 の他端側とアースとの間に介在する抵抗Rは、点火プラグ10による放電電流を測定するための測定用抵抗器で、本点火システムを構成する要素ではない。つまり、この抵抗Rを介して放電電流を流すことにより、電流量に比例して生じる電位差を放電電流として測定点αで測定するために必要となるものである。これにより、図2(A) 、(B) に示すような放電電流波形をオシロスコープ等により捉えることができる。
【0021】
スイッチング素子IGは、点火コイル12の一次コイルL1 に直列に接続され、この一次コイルL1 に通電される一次電流を制御信号IGS1 、IGS2 により通電または遮断するものである。
具体的には、スイッチング素子IGは例えばトランジスタにより構成され、コレクタ端子が一次コイルL1 の他端側に、エミッタ端子がアースに、それぞれ接続されている。そして、スイッチング素子IGのベース端子には、制御信号IGS1 等を出力するECU20の出力端子が接続されている。これにより、ECU20から第1制御信号IGS1 等が出力されると、スイッチング素子IGのエミッタ、コレクタ間が遮断状態から通電状態に移行するので、一次コイルL1 にバッテリBATTによる一次電流を通電することができる。
【0022】
ECU20は、例えば主記憶装置、各レジスタ等を内蔵するマイクロコンピュータ、入出力インタフェース等からなるエンジン制御ユニットで、内燃機関に関連する各種電子制御一般を司るものある。本点火システムでは、ECU20は、前述したスイッチング素子IGの通電/遮断時期等を制御するほか、内燃機関の運転状態を判別する運転状態判別手段の機能も有する。なお、これらの各処理は主記憶装置等に内蔵される所定の制御プログラムにより実行される。
【0023】
ECU20から出力される第1制御信号IGS1 は、点火プラグ10に最初の火花放電をさせるために必要な火花放電電圧(第1の火花放電電圧)を点火コイル12から点火プラグ10に与えるためのものである。具体的には、スイッチング素子IGのベース端子に第1制御信号IGS1 を一定期間印加する。
【0024】
この第1制御信号IGS1 の印加により、スイッチング素子IGのエミッタ、コレクタ間が当該期間中通電状態になるので、点火コイル12の一次コイルL1 にバッテリBATTによる一次電流が通電され、一次コイルL1 にエネルギーが蓄えられる。そして、第1制御信号IGS1 の終了によりスイッチング素子IGのエミッタ、コレクタ間が遮断状態になるため、一次コイルL1 に蓄えられたエネルギーにより二次コイルL2 アース電位よりも低い負の高電圧、即ち火花放電電圧が誘起され、この誘起された火花放電電圧が点火プラグ10に印加される。これにより、点火プラグ10の中心電極10aと接地電極10bとの間に形成される空間による絶縁が破れると、両電極間に火花放電が発生する。即ち、ブレークダウンが生じる。
【0025】
ECU20から出力される第2制御信号IGS2 は、第1制御信号IGS1 の終了から所定時間t0 の経過後に行われる。例えば所定時間t0 は0.3mSec.に設定される。ここで、所定時間t0 の経過を待つのは、第1制御信号IGS1 により発生した火花放電を、両電極間に生じたイオンを媒介にして、できる限り持続させるためである。
【0026】
ECU20から出力される第2制御信号IGS2 は、一旦、火花放電した点火プラグ10に再度の火花放電をさせるために必要な火花放電電圧(第2の火花放電電圧)を点火コイル12から点火プラグ10に与えるためのものである。具体的には、スイッチング素子IGが通電および遮断を複数回繰り返す第2制御信号IGS2 を一定期間印加する。
【0027】
なお、この通電および遮断を繰り返す所定周期t1 は、例えば200μSec.に設定される。また第2制御信号IGS2 を印加する一定期間は、通電および遮断を繰り返す回数により決定される(例えば所定周期t1 が200μSec.のものを14回繰り返す場合は2.8mSec.になる。)。
【0028】
この第2制御信号IGS2 の印加により、スイッチング素子IGのエミッタ、コレクタ間が当該期間中、所定周期t1 で通電状態と遮断状態とを繰り返すことになるので、点火コイル12の一次コイルL1 にバッテリBATTによる一次電流が断続的に通電される。つまり、この所定周期t1 で、点火コイル12の一次コイルL1 にエネルギーの蓄積と解放が繰り返される。そのため、点火コイル12の二次コイルL2 にはこの所定周期t1 に対応して火花放電電圧が誘起される。これにより、前述した第1制御信号IGS1 による火花放電電圧(第1の火花放電電圧)よりも低い火花放電電圧(第2の放電電圧)が点火プラグ10の両電極間に、断続的に繰り返し印加される。
【0029】
このような第2の放電電圧が繰り返し印加されるときの点火プラグ10の両電極間には、第1制御信号IGS1 による最初の火花放電により生じたイオンが既に存在している。そのため、第2制御信号IGS2 による第2の火花放電電圧が第1の火花放電電圧よりも低い電圧であっても、かかるイオンの存在する雰囲気中では、イオンを媒介にして両電極間に火花放電を発生させることができる。これにより、点火プラグ10が断続的に火花放電を繰り返すことができる。
【0030】
次に、本点火システムにより内燃機関の点火制御を行った実験結果を図2〜図6に基づいて説明する。
ここで、図2は、図1に示す測定点αにより放電電流、測定点βにより放電電圧、また圧力センサにより、点火プラグ10の装着された気筒内の圧力(以下「筒内圧力」という。)を、それぞれオシロスコープで測定したものである。なお、横軸は0.5mSec./div.である。
【0031】
図2(A) に示す放電電圧、放電電流および筒内圧力は、上述したように、第1制御信号IGS1 の終了から第2制御信号IGS2 の開始までの間を待つ所定時間t0 を0.3mSec.に設定し、また第2制御信号IGS2 による通電および遮断の繰り返し周期、即ち所定周期t1 を200μSec.に設定し、この繰り返しを14回行ったものである。なお、所定周期t1 内では、通電時間t2 が100μSec.、遮断時間t3 が100μSecにそれぞれ設定さている。
【0032】
図2(A) に示すように、放電電圧波形と放電電流波形とから、まず第1制御信号IGS1 と所定時間t0 により最初の火花放電が発生していることがわかる。そして、所定時間t0 の経過後に、第2制御信号IGS2 により所定周期t1 の通電および遮断が14回行われ、これに対応して同周期t1 ごとに2回目以降の火花放電が断続的に発生していることがわかる。
【0033】
この結果、全体としての火花持続時間t4 は、約3mSec.に延長されたことを確認した。また図2(A) からは、このような火花持続時間t4 内の筒内圧力波形に変曲点が現れていることもわかるので、気筒内で着火したことも併せて確認している。
【0034】
図2(B) に示す放電電圧、放電電流および筒内圧力は、図2(A) に示すものに対し、第2制御信号IGS2 による所定周期t1 を100μSec.に設定し、この繰り返しを28回行った点が異なるものである。なお、所定周期t1 内では、通電時間t2 が50μSec.、遮断時間t3 が50μSecにそれぞれ設定さている。
【0035】
図2(B) に示すように、図2(A) のものと同様、まず第1制御信号IGS1 と所定時間t0 により最初の火花放電が発生していることが放電電圧波形、放電電流波形からわかる。そして、所定時間t0 の経過後に、第2制御信号IGS2 により所定周期t1 の通電および遮断が28回行われ、これに対応して同周期t1 ごとに2回目以降の火花放電が断続的に発生していることも、同様にわかる。
【0036】
全体としての火花持続時間t4 も、約3mSec.に延長されていることから、所定周期t1 が100μSec.に設定された範囲内では、同周期t1 が200μSec.に設定されたものと大差のないことが確認された。また図2(B) からも、火花持続時間t4 内の筒内圧力波形に変曲点が現れていることから、気筒内で着火したことも併せて確認している。
【0037】
なお、図3(A) は、コイルの巻回数を増加させることにより、火花持続時間t5 を延ばした大型の点火コイルを用いた第1比較例である。このような大型の点火コイルによる点火システムによれば、二次コイルのインダクタンスの増加により1回の火花放電による火花持続時間t5 を約2.5mSec.に延長することが可能となる反面、コイルの大型化により点火コイル自体の体積が増大してしまうという問題点が解消できない。
【0038】
また、図3(B) は、コイルの巻回数を減少させることにより、点火コイルの小型化を図った第2比較例である。このような小型化した点火コイルによる点火システムによると、二次コイルのインダクタンスの減少によって、1回の火花放電による火花持続時間t6 は、約0.8mSec.に留まる。そのため、蓄積エネルギーの減少により火花持続時間が短縮されてしまうという問題点を解消できない。
【0039】
このような第1、第2比較例によるものと本点火システムとを比較すると、本点火システムでは、上述した図3から、点火コイル10の体格を大型にすることなく、火花持続時間を延長できること、ひいては着火性を向上できることが明確にわかる。
【0040】
次に、本点火システムによる着火性の向上をさらに明確に確認するため、気筒内のA/Fがリーンであるときの燃焼変動を測定した結果を図4に示す。
図4に示すように、気筒内のA/Fに対する図指平均有効圧(IMEP)の変動率を、3L、6気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(1) 〜(4) の4種類について測定した。
【0041】
(1) 上述した本点火システムのうち図2(A) に対応するもので(所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.に設定)、図4中、黒三角印(▲)でプロットしたもの(火花持続0.3mSec.+S100)である。
(2) 上述した本点火システムのうち図2(B) に対応するもので(所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を100μSec.に設定)、図4中、白四角印(□)でプロットしたもの(火花持続0.3mSec.+S50)である。
(3) 上述した図3(A) に対応する第1比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図4中、黒丸印(●)でプロットしたもの(火花持続2.5mSec.)である。
(4) 上述した図3(B) に対応する第2比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図4中、白丸印(○)でプロットしたもの(火花持続0.8mSec.)である。
【0042】
この測定では、火花持続時間から条件の良いもの、即ち●でプロットした第1比較例(火花持続2.5mSec.)により得られた特性曲線に、より近い特性をもつものほど、着火性が良好であることを示す。
そこで、本点火システムによる▲でプロットした火花持続0.3mSec.+S100と、□でプロットした火花持続0.3mSec.+S50について検討すると、▲でプロットした火花持続0.3mSec.+S100および□でプロットした火花持続0.3mSec.+S50の双方とも、気筒内のA/Fがリーン状態になっていてもほぼ同様に●でプロットした第1比較例の特性曲線に近い特性をもっていることが図4からわかる。
【0043】
これに対し、○でプロットした第2比較例によるものは、A/Fがリーン状態に近づくに従い、第1比較例の特性曲線からIMEPの変動率が増大する方向に向けて離れていく特性を採ることが図4からわかる。つまり、単に点火コイルの巻回数を減少させることにより体格を小型にしたものでは、着火性が劣化することを示している。この燃焼変動の測定から明かなように、本点火システムによると、点火コイル12自体に体格を小型にしながらも、大型コイルと同等の着火性を得ることが可能となる。
【0044】
次に、本点火システムによる着火性の向上を成層燃焼においても確認するため、成層状態における燃焼変動を測定した結果を図5および図6に示す。
図5(A) は、燃料の噴射タイミング(クランク角度)と点火タイミング(クランク角度)とを変えて得られるトルク値の大きさを測定し、その大きさが所定の範囲にあるものを等高線状に表したものである。
ここで、図5(A) においては、測定点Aの位置する範囲が最もトルク値の大きな範囲で、この範囲から外側に向うに従いトルク値の大きさが順に小さくなる。そのため、測定点Aに次いで測定点C、そして測定点Bの順番にトルク値が小さくなっていく。
【0045】
なお、測定点Aは、良好な燃焼状態が得られる燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。また測定点Bは、第1比較例による大型の点火コイルを用いた点火システムであっても、良好な燃焼状態を得ることができない燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。さらに測定点Cは、第1比較例による大型の点火コイルを用いた点火システムでは、良好な燃焼状態を得ることができるものの、第2比較例による小型の点火コイルを用いた点火システムでは、良好な燃焼状態を得ることができない燃料の噴射タイミングと点火タイミングの組み合わせである。
【0046】
このような各測定点(A〜C)において、気筒内のA/Fに対する図指平均有効圧(IMEP)の変動率を、3L、6気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(5) 〜(9) の5種類について測定したものを図5(B) に示す。なお、同図中、測定点Aについては黒三角印(▲)、測定点Bについては黒四角印(■)、測定点Cについては白丸印(○)で、それぞれプロットした。
【0047】
(5) 上述した図3(B) に対応する第2比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図5(B) 中「持続0.8mS」の記載のあるものである。
(6) 上述した図3(A) に対応する第1比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図5(B) 中「持続2.5mS」の記載のあるものである。
(7) 上述した本点火システムのうち、所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を400μSec.に設定し、図5(B) 中「持続0.3mSec.+S200」の記載のあるものである。
(8) 上述した本点火システムのうち図2(A) に対応するもので(所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.に設定)、図5(B) 中「持続0.3mSec.+S100」の記載のあるものである。
(9) 上述した本点火システムのうち図2(B) に対応するもので(所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を100μSec.に設定)、図5(B) 中「持続0.3mSec.+S50」の記載のあるものである。
【0048】
なお、(7) 〜(9) による本点火システムの場合は、いずれも、第2制御信号IGS2 による所定周期t1 の通電/遮断は、通電t2 および遮断t3 による1周期t1 に対する通電時間t2 の占める割合い、即ち通電時間のデューティ比が50%に設定されている(図5(B) 参照)。
【0049】
この測定では、いずれの測定点においても、図指平均有効圧(IMEP)の変動率が小さいものほど、成層状態でも着火性が良好であることを示す。
本点火システムによるものは、所定周期t1 が100μSec.に設定された「持続0.3mSec.+S50」、および、所定周期t1 が200μSec.に設定された「持続0.3mSec.+S100」では、いずれも第1比較例による大型の点火コイルを用いたものよりも、図指平均有効圧の変動率が小さく、しかも測定点Cにおけるバラツキが少ない。したがって、これらは、成層状態において、第1比較例によるものよりも着火性が良好であることが確認された。
なお、図示していないが、所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を800μSec.に設定したものでは、良好な着火性は得られないことを確認している。
【0050】
また、所定周期t1 が400μSec.に設定された「持続0.3mSec.+S200」によるものでも、各測定点(A〜C)において第1比較例によるものとほぼ同等の図指平均有効圧の変動率に抑えられている。これにより、通電時間t2 、遮断時間t3 が、それぞれ200μSec.に設定されたものでも、第1比較例による大型の点火コイルを用いたものと同等の着火性を得られることを確認できた。
【0051】
図6に示す測定結果は、図5に示す測定条件と同様の条件下において、本点火システムによる所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.に設定したものの第2制御信号IGS2 による通電時間のデューティ比を70%、50%、30%にそれぞれ変化させた場合の図指平均有効圧(IMEP)の変動率を測定したものである。なお、図5(A) に示す測定点A〜Cは図6(A) における測定点D〜Fにそれぞれ対応する。
【0052】
このような各測定点(D〜F)において、気筒内のA/Fに対する図指平均有効圧(IMEP)の変動率を、3L、6気筒の筒内噴射エンジンを用いて、次の(10)〜(14)の5種類について測定したものを図6(B) に示す。なお、同図中、測定点Dについては黒三角印(▲)、測定点Eについては黒四角印(■)、測定点Fについては白丸印(○)で、それぞれプロットした。
【0053】
(10)上述した図3(B) に対応する第2比較例による小型の点火コイルを用いたもので、図6(B) 中「持続0.8mS」の記載のあるものである。
(11)上述した図3(A) に対応する第1比較例による大型の点火コイルを用いたもので、図6(B) 中「持続2.5mS」の記載のあるものである。
(12)上述した本点火システムのうち、所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.、通電時間のデューティ比が30%に設定し、図6(B) 中「持続0.3mSec.+S100、Duty30%」の記載のあるものである。
(13)上述した本点火システムのうち、所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.、通電時間のデューティ比が50%に設定し、図6(B) 中「持続0.3mSec.+S100、Duty50%」の記載のあるものである。
(14)上述した本点火システムのうち、所定時間t0 を0.3mSec.、所定周期t1 を200μSec.、通電時間のデューティ比が70%に設定し、図6(B) 中「持続0.3mSec.+S100、Duty70%」の記載のあるものである。
【0054】
図6(B) に示すように、この測定結果から、通電時間のデューティ比が30%以上70%以下であれば、良好な着火性を得られることが確認された。なお、図示していなが、通電時間のデューティ比が30%未満になると、図指平均有効圧の変動率が増大することも確認している。これは、通電時間が短すぎることより、点火コイル12に蓄えられるエネルギーが不足し、火花放電電圧の発生能力が低下するためであると考えられる。また、通電時間のデューティ比が70%を超えるても、図指平均有効圧の変動率が増大することも確認している。これは、遮断時間が長すぎることにより、点火プラグ10の電極間に生じていたイオンが減少し、電極間の雰囲気が火花放電し難いものになったためであると考えられる。
【0055】
以上説明したように、本点火システムによると、ECU20は、スイッチング素子IGに第1制御信号IGS1 を与えて点火コイル12の二次コイルL2 に火花放電電圧を発生させた後、所定時間t0 の経過後に第2制御信号IGS2 をスイッチング素子IGに与えて一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、二次コイルL2 に火花放電電圧を断続的に発生させる。これにより、第1制御信号IGS1 による火花放電電圧で点火プラグ10が火花放電した後、所定時間t0 の経過後に、さらに第2制御信号IGS2 による火花放電電圧により点火プラグ10が断続的に火花放電を繰り返すので、点火プラグ10の火花持続時間を延長することができる。したがって、成層燃焼やリーン条件等の運転状態においても、点火プラグ10の火花持続時間を長めに設定することができる。そのため、リーンまたは層状吸気状態による内燃機関の運転状況下において、点火コイル12の体格を大型にすることなく、着火性を向上し得る効果がある。
【0056】
なお、上述したようにECU20には、内燃機関の運転状態を判別する運転状態判別手段の機能を有しているので、内燃機関の運転条件により、第2制御信号IGS2 による一次電流の通電および遮断の繰り返し回数、即ち第2制御信号IGS2 を印加する一定期間を可変するように制御しても良い。これにより、第2制御信号IGS2 による通電/遮断の繰り返し回数を内燃機関の運転条件に適した値に設定することができる。したがって、内燃機関の運転条件に適合した着火性を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る点火システムの構成を示すブロック図である。
【図2】本実施形態に係る点火システムによる各信号および電圧波形を示すタイムチャートで、図2(A) は火花持続0.3mSec.の後に100μSec.周期で通電/遮断を繰り返すもの、図2(B) は火花持続0.3mSec.の後に50μSec.周期で通電/遮断を繰り返すものある。
【図3】比較例に係る点火システムによる各信号および電圧波形を示すタイムチャートで、図3(A) は大型の点火コイルを用いた第1比較例によるもの、図3(B) は小型の点火コイルを用いた第2比較例によるものである。
【図4】気筒内のA/Fに対する図指平均有効圧(IMEP)の変動率を測定した結果を示す特性図である。
【図5】成層状態における内燃機関の燃焼変動を測定した特性図で、図5(A) は燃料の噴射タイミングと点火タイミングとを変えて得られる燃焼圧力値を測定したもの、図5(B) は図5(A) に示す測定点A〜Cにおける図指平均有効圧(IMEP)の変動率を測定したものである。
【図6】成層状態における内燃機関の燃焼変動を測定した特性図で、図6(A) は燃料の噴射タイミングと点火タイミングとを変えて得られる燃焼圧力値を測定したもの、図6(B) は図6(A) に示す測定点D〜Fにおける図指平均有効圧(IMEP)の変動率を測定したものである。
【符号の説明】
10 点火プラグ
10a 中心電極
10b 接地電極
12 点火コイル
20 ECU(点火制御手段)
IG スイッチング素子(スイッチング手段)
L1 一次コイル
L2 二次コイル
IGS1 第1制御信号(第1の制御信号)
IGS2 第2制御信号(第2の制御信号)
t0 所定時間
t1 所定周期
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ignition system and an ignition method for an internal combustion engine used for operation in a lean or stratified intake state.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the in-cylinder injection gasoline engine and the like being put into practical use, in the ignition system of an internal combustion engine, for example, in stratified combustion, the duration of the induced current by the ignition coil during spark discharge is set longer. As a result, reliable ignition is possible, and stratified combustion according to all operating conditions is possible.
[0003]
For this reason, in operating conditions such as stratified combustion and lean conditions, it is necessary to set a longer duration of the induced current by the ignition coil during spark discharge, so it is necessary to store a large amount of discharge energy in the secondary coil of the ignition coil. Is done. Specifically, in order to increase the inductance of the secondary coil, a configuration is adopted in which the number of turns of the coil is increased.
[0004]
Further, for example, a configuration in which the ignition coil itself is made smaller by constructing the ignition device by a capacity discharge method using a capacitor, such as “ignition device for internal combustion engine” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-13430, is also considered. It is done.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the configuration in which the number of turns of the secondary coil is increased, the size of the ignition coil is increased, so that the volume occupied in the engine room by the ignition coil increases, and other devices and the like accompanying the internal combustion engine are arranged. The problem of making it difficult arises.
[0006]
In addition, in the case where the ignition device is configured by a capacity discharge type using a capacitor, it is necessary to reduce the mutual induction coefficient in order to reduce the size of the ignition coil, and as a result, a semiconductor type DC-DC is provided in front of the booster coil. It is necessary to adopt a configuration in which a converter is provided and the voltage is once increased to a moderate high voltage. Therefore, (1) providing a DC-DC converter, (2) using a thyristor as a switching means for the primary coil, and (3) using two thyristors to perform multiple discharges, respectively. Necessary. That is, there arises a new problem that the number of parts constituting the ignition device is increased.
[0007]
Furthermore, in recent ignition systems for internal combustion engines, there is a tendency for each ignition plug to have an ignition coil having an elongated cylindrical shape that can be accommodated in a plug hole formed in the engine block of the internal combustion engine. For this reason, there is a problem that it is difficult to meet the market needs for a stick type having a small outer diameter as an ignition coil.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to increase the size of the ignition coil without increasing the size of the ignition coil under the operating condition of the internal combustion engine in a lean or stratified intake state. An ignition system and an ignition method for an internal combustion engine capable of improving ignitability.
[0009]
[Means for solving the problems].Action and effect of invention]
  In order to achieve the above object, an ignition system for an internal combustion engine according to claim 1,
  Layered intake stateIn the internal combustion engine ignition system used for operation by
  A spark plug attached to a cylinder of the internal combustion engine;
  An ignition coil for supplying a spark discharge voltage to the spark plug;
  Switching means connected in series to a primary coil of the ignition coil and energizing or interrupting a primary current energized to the primary coil by a control signal;
  Ignition control means for providing the control signal to the switching means;
An internal combustion engine ignition system comprising:
  The ignition control means provides a first control signal to the switching means to generate the spark discharge voltage in the secondary coil of the ignition coil, and after a predetermined time has elapsed, a second control signal is sent to the switching means. The primary current is turned on and off a plurality of times, and the spark discharge voltage is intermittently generated in the secondary coil.,
The switching means is repeatedly energized and interrupted by the second control signal, when the spark plug spark duration is 0.7 mSec. Or more and 1.3 mSec. Or less as measured by the American Automobile Engineering Association standard SAEJ973. The ratio of the energization time to one cycle by energization and shutoff is 30% or more and 70% or less, and the shutoff time is 200 μSec. Or less.Is a technical feature.
[0010]
Further, in the ignition system for an internal combustion engine according to claim 2, in claim 1,
A technical feature is that the number of repetitions of energization and interruption of the primary current by the second control signal is arbitrarily set according to operating conditions of the internal combustion engine.
[0012]
  To achieve the above objective,Claim 3In the internal combustion engine ignition method,
  Layered intake stateIn the ignition method of the internal combustion engine used for operation by
  A second spark required for spark discharge of the spark plug after a predetermined time has elapsed after the first spark discharge voltage required for spark discharge of the spark plug attached to the internal combustion engine is applied from the ignition coil to the spark plug. A discharge voltage is intermittently repeated several times from the ignition coil and applied to the spark plug.When,
  When the second spark discharge voltage is applied to the ignition plug, the energization and the interruption are measured according to American Automobile Engineers Association Standard SAEJ973, and the spark plug has a spark duration of 0.7 mSec. Or more and 1.3 mSec. Or less. Under the conditions, the ratio of the energization time to one cycle by energization and interruption is 30% or more and 70% or less, and the interruption time is 200 μSec. Or less.Is a technical feature.
[0013]
  In the first aspect of the invention, the ignition control means switches the second control signal after a predetermined time has elapsed after giving the first control signal to the switching means to generate the spark discharge voltage in the secondary coil of the ignition coil. The primary coil is repeatedly energized and interrupted a plurality of times by being supplied to the means, and a spark discharge voltage is intermittently generated in the secondary coil. As a result, after the spark plug discharges with the spark discharge voltage according to the first control signal, the spark plug intermittently repeats the spark discharge with the spark discharge voltage according to the second control signal after a predetermined time has elapsed. The spark duration of the plug can be extended.
  Therefore, the spark duration of the spark plug can be set longer even in the operation state in the stratified intake state (stratified combustion state). Therefore, there is an effect that the ignitability can be improved without increasing the size of the ignition coil under the operating condition of the internal combustion engine in the stratified intake state.
In addition, the energization and shut-off of the switching means repeated by the second control signal by the ignition control means is a spark duration of the spark plug of 0.7 mSec. Or more and 1.3 mSec. Or less according to measurement based on the American Automobile Engineering Association standard SAEJ973. Under the power supply conditions, the ratio of the energization time to one cycle by energization and interruption is 30% or more and 70% or less, and the interruption time is 200 μSec. Or less. This avoids an ion shortage state between the spark plug electrodes that may occur when the energization time is less than 30%, and prevents a secondary coil energy shortage state that may occur when the energization time exceeds 70%. Can do. That is, it is possible to prevent a discharge failure that may occur when the energization duty ratio is 30% or more and 70% or less. Preferably, the ratio of the energization time to one cycle by energization and interruption is 40% or more and 60% or less, and the interruption time is 100 μSec. Or less.
Thereby, since such a discharge failure can be prevented more effectively, there is an effect that ignition can be performed more reliably under the same operating condition.
[0014]
  In the invention of claim 2, the number of repetitions of energization and interruption of the primary current by the second control signal of the ignition control means is arbitrarily set according to the operating condition of the internal combustion engine. Thereby, it is possible to set the repetition number of energization and interruption of the primary current suitable for the operating condition of the internal combustion engine.
  Therefore, according to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, there is an effect that an ignitability suitable for the operating condition of the internal combustion engine can be obtained.
[0016]
  According to the invention of claim 3, the same operation and effect as the invention of claim 1 can be obtained.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an ignition system and ignition method for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine ignition system (hereinafter referred to as “ignition system”) according to the present embodiment mainly includes a spark plug 10, an ignition coil 12, and an engine control unit (hereinafter referred to as “ECU”). 20, a switching element IG, and a battery BATT. In the ignition system, as described below, the first spark discharge voltage and the second spark discharge voltage are applied to the spark plug 10 based on the ignition method of the internal combustion engine of the present invention.
[0018]
The spark plug 10 includes a center electrode 10a and a ground electrode 10b, and is attached to the internal combustion engine such that both electrodes are exposed in the cylinder of the internal combustion engine. Then, a spark discharge voltage supplied from the ignition coil 12 is applied to the center electrode 10a and the ground electrode 10b, whereby a spark discharge is performed between the two electrodes.
As a result, ions are generated between the electrodes due to the combustion after the spark discharge by the spark plug 10 or the like, so that an ion current mediated by the ions can flow between the electrodes after the spark discharge.
[0019]
The ignition coil 12 supplies a spark discharge voltage to the spark plug 10. For example, a primary coil L1 and a secondary coil L2 are wound around a magnetic core, and the turn ratio of both the coils L1 and L2 is a predetermined value. Set to and configured.
The positive terminal of the battery BATT is connected to one end side of the primary coil L1, and the other end side of the primary coil L1 is connected to the negative terminal of the battery BATT via the switching element IG constituting the ignition control means 24. Yes. On the other hand, the center electrode 10a of the spark plug 10 is connected to one end side of the secondary coil L2 of the ignition coil 12, and the ground electrode 10b is connected to the other end side of the secondary coil L2 via ground.
[0020]
The resistor R interposed between the other end of the secondary coil L2 and the ground is a measuring resistor for measuring the discharge current generated by the spark plug 10 and is not an element constituting the ignition system. That is, it is necessary to measure a potential difference generated in proportion to the amount of current as a discharge current at the measurement point α by flowing a discharge current through the resistor R. Thereby, the discharge current waveform as shown in FIGS. 2A and 2B can be captured by an oscilloscope or the like.
[0021]
The switching element IG is connected in series to the primary coil L1 of the ignition coil 12, and the primary current supplied to the primary coil L1 is energized or cut off by the control signals IGS1 and IGS2.
Specifically, the switching element IG is constituted by a transistor, for example, and the collector terminal is connected to the other end of the primary coil L1, and the emitter terminal is connected to the ground. An output terminal of the ECU 20 that outputs a control signal IGS1 and the like is connected to the base terminal of the switching element IG. As a result, when the first control signal IGS1 and the like are output from the ECU 20, the emitter and collector of the switching element IG shift from the disconnected state to the energized state, so that the primary current from the battery BATT can be applied to the primary coil L1. it can.
[0022]
The ECU 20 is an engine control unit including, for example, a main storage device, a microcomputer incorporating each register, an input / output interface, and the like, and controls various electronic controls related to the internal combustion engine. In this ignition system, the ECU 20 controls the energization / cutoff timing of the switching element IG described above, and also has a function of an operation state determination unit that determines the operation state of the internal combustion engine. Each of these processes is executed by a predetermined control program built in the main storage device or the like.
[0023]
The first control signal IGS1 output from the ECU 20 is for applying a spark discharge voltage (first spark discharge voltage) necessary for causing the spark plug 10 to perform the first spark discharge from the ignition coil 12 to the spark plug 10. It is. Specifically, the first control signal IGS1 is applied to the base terminal of the switching element IG for a certain period.
[0024]
By applying the first control signal IGS1, the emitter and collector of the switching element IG are energized during the period, so that the primary coil L1 of the ignition coil 12 is energized with the primary current from the battery BATT, and the primary coil L1 is energized. Is stored. Since the emitter and collector of the switching element IG are cut off by the end of the first control signal IGS1, a negative high voltage lower than the ground potential of the secondary coil L2 due to the energy stored in the primary coil L1, that is, a spark. A discharge voltage is induced, and the induced spark discharge voltage is applied to the spark plug 10. Thereby, when the insulation by the space formed between the center electrode 10a of the spark plug 10 and the ground electrode 10b is broken, a spark discharge is generated between the electrodes. That is, breakdown occurs.
[0025]
The second control signal IGS2 output from the ECU 20 is performed after a predetermined time t0 has elapsed since the end of the first control signal IGS1. For example, the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. Here, the reason for waiting for the elapse of the predetermined time t0 is to keep the spark discharge generated by the first control signal IGS1 as long as possible through the ions generated between the two electrodes.
[0026]
The second control signal IGS2 output from the ECU 20 generates a spark discharge voltage (second spark discharge voltage) necessary for causing the spark plug 10 that has once spark-discharged to cause another spark discharge from the ignition coil 12 to the spark plug 10. To give to. Specifically, the second control signal IGS2 in which the switching element IG repeats energization and interruption a plurality of times is applied for a certain period.
[0027]
Note that the predetermined period t1 for repeating this energization and interruption is set to, for example, 200 μSec. The fixed period during which the second control signal IGS2 is applied is determined by the number of times of energization and interruption (for example, when the predetermined cycle t1 is 200 .mu.Sec. Is repeated 14 times, it is 2.8 mSec.).
[0028]
Application of the second control signal IGS2 causes the emitter and collector of the switching element IG to repeat the energized state and the interrupted state at a predetermined period t1 during the period, so that the primary coil L1 of the ignition coil 12 is connected to the battery BATT. The primary current due to is intermittently energized. That is, energy is repeatedly stored and released in the primary coil L1 of the ignition coil 12 at the predetermined period t1. Therefore, a spark discharge voltage is induced in the secondary coil L2 of the ignition coil 12 corresponding to the predetermined period t1. As a result, a spark discharge voltage (second discharge voltage) lower than the spark discharge voltage (first spark discharge voltage) by the first control signal IGS1 is intermittently repeatedly applied between both electrodes of the spark plug 10. Is done.
[0029]
Ions already generated by the first spark discharge by the first control signal IGS1 already exist between both electrodes of the spark plug 10 when such a second discharge voltage is repeatedly applied. Therefore, even if the second spark discharge voltage by the second control signal IGS2 is lower than the first spark discharge voltage, in the atmosphere where such ions exist, the spark discharge is caused between the two electrodes via the ions. Can be generated. Thereby, the spark plug 10 can intermittently repeat the spark discharge.
[0030]
Next, the experimental results of performing the ignition control of the internal combustion engine by the present ignition system will be described based on FIGS.
Here, FIG. 2 shows the discharge current at the measurement point α shown in FIG. 1, the discharge voltage at the measurement point β, and the pressure in the cylinder to which the spark plug 10 is attached (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”). ) Are respectively measured with an oscilloscope. The horizontal axis is 0.5 mSec./div.
[0031]
As described above, the discharge voltage, discharge current and in-cylinder pressure shown in FIG. 2 (A) are set to 0.3 mSec for a predetermined time t0 waiting from the end of the first control signal IGS1 to the start of the second control signal IGS2. In addition, the repetition cycle of energization and interruption by the second control signal IGS2, that is, the predetermined cycle t1 is set to 200 .mu.Sec., And this repetition is performed 14 times. In the predetermined period t1, the energization time t2 is set to 100 .mu.Sec., And the cutoff time t3 is set to 100 .mu.Sec.
[0032]
As shown in FIG. 2 (A), it can be seen from the discharge voltage waveform and the discharge current waveform that the first spark discharge is first generated by the first control signal IGS1 and the predetermined time t0. Then, after the elapse of the predetermined time t0, the energization and interruption of the predetermined period t1 are performed 14 times by the second control signal IGS2, and the second and subsequent spark discharges are intermittently generated at the same period t1. You can see that
[0033]
As a result, it was confirmed that the overall spark duration t4 was extended to about 3 mSec. FIG. 2 (A) also shows that an inflection point appears in the in-cylinder pressure waveform within such a spark duration t4, so it is also confirmed that ignition occurred in the cylinder.
[0034]
The discharge voltage, discharge current and in-cylinder pressure shown in FIG. 2 (B) are the same as those shown in FIG. 2 (A), but the predetermined cycle t1 by the second control signal IGS2 is set to 100 μSec. The point I went is different. In the predetermined period t1, the energization time t2 is set to 50 .mu.Sec., And the cutoff time t3 is set to 50 .mu.Sec.
[0035]
As shown in FIG. 2 (B), as in FIG. 2 (A), the first spark discharge is first generated by the first control signal IGS1 and the predetermined time t0 from the discharge voltage waveform and the discharge current waveform. Recognize. Then, after the elapse of the predetermined time t0, the energization and interruption of the predetermined period t1 are performed 28 times by the second control signal IGS2, and the second and subsequent spark discharges are intermittently generated at the same period t1. You can see that
[0036]
Since the overall spark duration t4 is also extended to about 3 mSec., Within the range where the predetermined period t1 is set to 100 μSec., The same period t1 is not much different from that set to 200 μSec. Was confirmed. Also from FIG. 2 (B), since an inflection point appears in the in-cylinder pressure waveform within the spark duration t4, it is also confirmed that ignition occurred in the cylinder.
[0037]
FIG. 3A is a first comparative example using a large ignition coil in which the spark duration t5 is extended by increasing the number of coil turns. According to the ignition system using such a large ignition coil, it is possible to extend the spark duration t5 by one spark discharge to about 2.5 mSec. The problem that the volume of the ignition coil itself increases due to the increase in size cannot be solved.
[0038]
FIG. 3B shows a second comparative example in which the ignition coil is reduced in size by reducing the number of coil turns. According to the ignition system using such a miniaturized ignition coil, the spark duration t6 due to one spark discharge remains at about 0.8 mSec. Due to the decrease in inductance of the secondary coil. Therefore, the problem that the spark duration is shortened due to a decrease in stored energy cannot be solved.
[0039]
Comparing the ignition system with the first and second comparative examples, the ignition system can extend the spark duration without increasing the size of the ignition coil 10 from FIG. 3 described above. As a result, it can be clearly seen that the ignitability can be improved.
[0040]
Next, in order to more clearly confirm the improvement in ignitability by the present ignition system, the result of measuring the combustion fluctuation when the A / F in the cylinder is lean is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the fluctuation rate of the mean finger effective pressure (IMEP) with respect to the A / F in the cylinder is expressed by the following (1) to (4) using a 3L, 6 cylinder in-cylinder injection engine. Four types were measured.
[0041]
(1) Among the ignition systems described above, the ignition system corresponds to FIG. 2A (predetermined time t0 is set to 0.3 mSec., And predetermined period t1 is set to 200 μSec.). (Spark duration 0.3 mSec. + S100).
(2) Among the ignition systems described above, those corresponding to FIG. 2B (predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. And predetermined period t1 is set to 100 μSec.). In FIG. 4, white square marks (□) (Spark duration 0.3 mSec. + S50).
(3) A large ignition coil according to the first comparative example corresponding to FIG. 3 (A) described above, which is plotted with a black circle (●) in FIG. 4 (spark duration 2.5 mSec.). is there.
(4) A small ignition coil according to the second comparative example corresponding to FIG. 3 (B) described above, which is plotted with a white circle (◯) in FIG. 4 (spark duration 0.8 mSec.). is there.
[0042]
In this measurement, the better the ignitability, the better the conditions from the spark duration, that is, the closer to the characteristic curve obtained by the first comparative example (spark duration 2.5 mSec.) Plotted with ● Indicates that
Therefore, when the spark duration 0.3 mSec. + S100 plotted by ▲ and the spark duration 0.3 mSec. + S50 plotted by □ are examined, the spark duration 0.3 mSec. + S100 and □ plotted by ▲ are plotted. It can be seen from FIG. 4 that both spark duration 0.3 mSec. + S50 have characteristics similar to the characteristic curve of the first comparative example plotted with ● even when the A / F in the cylinder is in a lean state. .
[0043]
On the other hand, according to the second comparative example plotted with ◯, as the A / F approaches the lean state, the characteristic that moves away from the characteristic curve of the first comparative example toward the direction in which the variation rate of IMEP increases. It can be seen from FIG. That is, it is shown that the ignitability deteriorates when the size is reduced by simply reducing the number of turns of the ignition coil. As is apparent from the measurement of the combustion fluctuation, according to the present ignition system, it is possible to obtain the ignition quality equivalent to that of the large coil while reducing the size of the ignition coil 12 itself.
[0044]
Next, in order to confirm the improvement in ignitability by this ignition system also in stratified combustion, the results of measuring the combustion fluctuation in the stratified state are shown in FIGS.
Fig. 5 (A) shows the measurement of the torque value obtained by changing the fuel injection timing (crank angle) and the ignition timing (crank angle). It is shown in
Here, in FIG. 5A, the range where the measurement point A is located is the range where the torque value is the largest, and the magnitude of the torque value decreases in order from this range toward the outside. Therefore, the torque value decreases in the order of measurement point C, measurement point C, and measurement point B next to measurement point A.
[0045]
The measurement point A is a combination of fuel injection timing and ignition timing at which a good combustion state is obtained. The measurement point B is a combination of fuel injection timing and ignition timing at which a good combustion state cannot be obtained even in the ignition system using the large ignition coil according to the first comparative example. Furthermore, the measurement point C is good in the ignition system using the large ignition coil according to the first comparative example, but good in the ignition system using the small ignition coil according to the second comparative example. This is a combination of fuel injection timing and ignition timing at which a proper combustion state cannot be obtained.
[0046]
At each of these measurement points (A to C), the fluctuation rate of the figure finger mean effective pressure (IMEP) with respect to the A / F in the cylinder is expressed by the following (5 ) To (9) are shown in FIG. 5 (B). In the figure, the measurement point A is plotted with a black triangle mark (▲), the measurement point B is plotted with a black square mark (■), and the measurement point C is plotted with a white circle mark (◯).
[0047]
(5) A small ignition coil according to the second comparative example corresponding to FIG. 3 (B) described above is used, and there is a description of “sustained 0.8 mS” in FIG. 5 (B).
(6) A large ignition coil according to the first comparative example corresponding to FIG. 3 (A) described above is used, and there is a description of “sustained 2.5 mS” in FIG. 5 (B).
(7) Among the ignition systems described above, the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec., The predetermined period t1 is set to 400 μSec., And there is a description of “sustained 0.3 mSec. + S200” in FIG. is there.
(8) Among the ignition systems described above, the ignition system corresponds to FIG. 2A (predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. And predetermined period t1 is set to 200 μSec.). 3 mSec. + S100 ".
(9) Among the ignition systems described above, the ignition system corresponds to FIG. 2B (the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. And the predetermined period t1 is set to 100 μSec.). 3 mSec. + S50 ".
[0048]
In each of the ignition systems according to (7) to (9), the energization / interruption of the predetermined period t1 by the second control signal IGS2 is occupied by the energization time t2 for one period t1 by the energization t2 and the interruption t3. The ratio, that is, the duty ratio of the energization time is set to 50% (see FIG. 5B).
[0049]
In this measurement, the smaller the rate of variation of the mean finger effective pressure (IMEP) at any measurement point, the better the ignitability in the stratified state.
According to the ignition system, both the “continuous 0.3 mSec. + S50” in which the predetermined period t1 is set to 100 μSec. And the “continuous 0.3 mSec. + S100” in which the predetermined period t1 is set to 200 μSec. The variation rate of the figure finger average effective pressure is smaller than that using the large ignition coil according to the first comparative example, and the variation at the measurement point C is small. Therefore, it was confirmed that these were better in ignitability than in the first comparative example in the stratified state.
Although not shown, it has been confirmed that good ignitability cannot be obtained when the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. And the predetermined period t1 is set to 800 μSec.
[0050]
In addition, even when the predetermined period t1 is set to 400 .mu.Sec. By "sustained 0.3 mSec. + S200", the variation of the average effective finger finger at each measurement point (A to C) is almost the same as that according to the first comparative example. The rate is limited. As a result, it was confirmed that even when the energization time t2 and the shutoff time t3 were set to 200 .mu.Sec., The same ignitability as that obtained using the large ignition coil according to the first comparative example was obtained.
[0051]
The measurement result shown in FIG. 6 is based on the second control signal IGS2 under the same conditions as the measurement conditions shown in FIG. 5 except that the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec. And the predetermined period t1 is set to 200 .mu.Sec. This is a measurement of the variation rate of the average finger effective pressure (IMEP) when the duty ratio of the energization time is changed to 70%, 50%, and 30%, respectively. Measurement points A to C shown in FIG. 5 (A) correspond to measurement points D to F in FIG. 6 (A), respectively.
[0052]
At each of these measurement points (D to F), the variation rate of the figure finger average effective pressure (IMEP) with respect to the A / F in the cylinder is expressed by the following (10 ) To (14) are shown in FIG. 6 (B). In the figure, the measurement point D is plotted with a black triangle mark (▲), the measurement point E is plotted with a black square mark (■), and the measurement point F is plotted with a white circle mark (◯).
[0053]
(10) A small ignition coil according to the second comparative example corresponding to FIG. 3 (B) described above is used, and there is a description of “sustained 0.8 mS” in FIG. 6 (B).
(11) A large ignition coil according to the first comparative example corresponding to FIG. 3 (A) described above is used, and there is a description of “sustained 2.5 mS” in FIG. 6 (B).
(12) In the ignition system described above, the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec., The predetermined period t1 is set to 200 μSec., And the duty ratio of the energizing time is set to 30%. . + S100, Duty 30% ".
(13) In the ignition system described above, the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec., The predetermined period t1 is set to 200 μSec., And the duty ratio of the energization time is set to 50%. . + S100, Duty 50% ".
(14) In the ignition system described above, the predetermined time t0 is set to 0.3 mSec., The predetermined period t1 is set to 200 μSec., And the duty ratio of the energization time is set to 70%. . + S100, Duty 70% ".
[0054]
As shown in FIG. 6B, it was confirmed from this measurement result that good ignitability can be obtained when the duty ratio of the energization time is 30% or more and 70% or less. Although not shown, it has also been confirmed that when the duty ratio of the energization time is less than 30%, the fluctuation rate of the figure finger average effective pressure increases. This is presumably because the energization time is too short, so that the energy stored in the ignition coil 12 is insufficient and the ability to generate a spark discharge voltage is reduced. It has also been confirmed that even when the duty ratio of the energization time exceeds 70%, the fluctuation rate of the index finger average effective pressure increases. This is presumably because the ion generated between the electrodes of the spark plug 10 is reduced due to the interruption time being too long, and the atmosphere between the electrodes is difficult to spark discharge.
[0055]
As described above, according to the present ignition system, the ECU 20 gives the first control signal IGS1 to the switching element IG to generate the spark discharge voltage in the secondary coil L2 of the ignition coil 12, and then the elapse of the predetermined time t0. After that, the second control signal IGS2 is given to the switching element IG, and the primary current is repeatedly turned on and off a plurality of times, and a spark discharge voltage is intermittently generated in the secondary coil L2. As a result, after the spark plug 10 has sparked with the spark discharge voltage according to the first control signal IGS1, and after a predetermined time t0 has elapsed, the spark plug 10 will intermittently discharge with sparks due to the spark discharge voltage according to the second control signal IGS2. Since it repeats, the spark duration of the spark plug 10 can be extended. Therefore, the spark duration of the spark plug 10 can be set longer even in an operating state such as stratified combustion or lean conditions. Therefore, there is an effect that the ignitability can be improved without increasing the size of the ignition coil 12 under the operating condition of the internal combustion engine in the lean or stratified intake state.
[0056]
As described above, the ECU 20 has a function of an operating state determining means for determining the operating state of the internal combustion engine. Therefore, depending on the operating condition of the internal combustion engine, the primary current is supplied and cut off by the second control signal IGS2. It is also possible to perform control so as to vary the number of repetitions, i.e., a certain period during which the second control signal IGS2 is applied. As a result, the number of repetitions of energization / cutoff by the second control signal IGS2 can be set to a value suitable for the operating condition of the internal combustion engine. Therefore, there is an effect that the ignitability suitable for the operating condition of the internal combustion engine can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ignition system according to an embodiment of the present invention.
2 is a time chart showing respective signals and voltage waveforms by the ignition system according to the present embodiment. FIG. 2 (A) is a diagram in which energization / interruption is repeated at a cycle of 100 μSec. After a spark duration of 0.3 mSec. (B) repeats energization / interruption with a period of 50 μSec. After a spark duration of 0.3 mSec.
FIGS. 3A and 3B are time charts showing respective signals and voltage waveforms by an ignition system according to a comparative example. FIG. 3A shows a first comparative example using a large ignition coil, and FIG. It is based on the 2nd comparative example using an ignition coil.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a result of measuring a variation rate of a figure finger average effective pressure (IMEP) with respect to A / F in a cylinder.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing combustion fluctuations of an internal combustion engine in a stratified state. FIG. 5 (A) shows a combustion pressure value obtained by changing fuel injection timing and ignition timing, and FIG. ) Is a measurement of the fluctuation rate of the average finger effective pressure (IMEP) at the measurement points A to C shown in FIG.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing combustion fluctuations of an internal combustion engine in a stratified state. FIG. 6 (A) shows a combustion pressure value obtained by changing fuel injection timing and ignition timing, and FIG. ) Is a measurement of the fluctuation rate of the average finger effective pressure (IMEP) at the measurement points D to F shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Spark plug
10a Center electrode
10b Ground electrode
12 Ignition coil
20 ECU (ignition control means)
IG switching element (switching means)
L1 primary coil
L2 secondary coil
IGS1 first control signal (first control signal)
IGS2 second control signal (second control signal)
t0 Predetermined time
t1 predetermined period

Claims (3)

層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火システムにおいて、
前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグと、
前記点火プラグに火花放電電圧を供給する点火コイルと、
前記点火コイルの一次コイルに直列に接続され、この一次コイルに通電される一次電流を制御信号により通電または遮断するスイッチング手段と、
前記スイッチング手段に前記制御信号を与える点火制御手段と、
を備えた内燃機関の点火システムであって、
前記点火制御手段は、前記スイッチング手段に第1の制御信号を与えて前記点火コイルの二次コイルに前記火花放電電圧を発生させた後、所定時間経過後に、第2の制御信号を前記スイッチング手段に与えて前記一次電流の通電および遮断を複数回繰り返し、前記二次コイルに前記火花放電電圧を断続的に発生させ
前記第2の制御信号により繰り返す前記スイッチング手段の通電および遮断は、米国自動車技術会規格SAEJ973に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が0.7mSec.以上1.3mSec.以下の電源条件において、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが30%以上70%以下で、遮断時間が200μSec.以下であることを特徴とする内燃機関の点火システム。
In an internal combustion engine ignition system used for operation in a stratified intake state ,
A spark plug attached to a cylinder of the internal combustion engine;
An ignition coil for supplying a spark discharge voltage to the spark plug;
Switching means connected in series to a primary coil of the ignition coil and energizing or interrupting a primary current energized to the primary coil by a control signal;
Ignition control means for providing the control signal to the switching means;
An internal combustion engine ignition system comprising:
The ignition control means provides a first control signal to the switching means to generate the spark discharge voltage in the secondary coil of the ignition coil, and after a predetermined time has elapsed, a second control signal is sent to the switching means. The primary current is turned on and off a plurality of times and the spark discharge voltage is intermittently generated in the secondary coil ,
The switching means is repeatedly energized and interrupted by the second control signal, when the spark plug spark duration is 0.7 mSec. Or more and 1.3 mSec. Or less as measured by the American Automobile Engineering Association standard SAEJ973. ignition system of energization and interruption by at most 70 percentage bur 30% or more accounts of the energization time for one period, the internal combustion engine shut off time and wherein the 200 .mu.sec. following der Rukoto.
前記第2の制御信号による前記一次電流の通電および遮断の繰り返し回数は、前記内燃機関の運転条件に応じて任意に設定されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の点火システム。  2. The ignition system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the number of repetitions of energization and interruption of the primary current by the second control signal is arbitrarily set according to operating conditions of the internal combustion engine. 層状吸気状態による運転に用いられる内燃機関の点火方法において、
内燃機関に取り付けられた点火プラグの火花放電に必要な第1の火花放電電圧を点火コイルからこの点火プラグに与えた後に、所定時間経過後、前記点火プラグの火花放電に必要な第2の火花放電電圧を前記点火コイルから断続的に複数回繰り返して前記点火プラグに与えることと、
前記第2の火花放電電圧を前記点火プラグに与える際の通電および遮断は、米国自動車技術会規格SAEJ973に基づく測定により前記点火プラグの火花持続時間が0.7mSec.以上1.3mSec.以下の電源条件において、通電および遮断による1周期に対する通電時間の占める割合いが30%以上70%以下で、遮断時間が200μSec.以下であることとを特徴とする内燃機関の点火システム。
In an ignition method for an internal combustion engine used for operation in a stratified intake state ,
A second spark required for spark discharge of the spark plug after a predetermined time has elapsed after the first spark discharge voltage required for spark discharge of the spark plug attached to the internal combustion engine is applied from the ignition coil to the spark plug. Applying a discharge voltage to the spark plug repeatedly from the ignition coil a plurality of times intermittently ;
When the second spark discharge voltage is applied to the ignition plug, the energization and the interruption are measured according to American Automobile Engineers Association Standard SAEJ973, and the spark plug has a spark duration of 0.7 mSec. Or more and 1.3 mSec. Or less. An internal combustion engine ignition system characterized in that, under conditions, a ratio of energization time to one cycle by energization and shut-off is 30% to 70% and a shut-off time is 200 μSec. Or less .
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