JP4905244B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関する。 The present invention relates to a capacitor discharge type ignition device for an internal combustion engine.
従来から、内燃機関の点火装置としてコンデンサ放電式の点火装置が知られている。このコンデンサ放電式の点火装置は、点火コイルの一次コイル、点火用コンデンサ、及び充放電制御用のサイリスタが直列接続されてなる点火回路を備え、点火用コンデンサに充電した電荷を点火コイルの一次コイル経由で放電することにより、同点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧(以下「点火用電圧」という)を発生させる。この点火用電圧が点火プラグに供給されて同点火プラグにおいて火花放電が発生する。 Conventionally, a capacitor discharge ignition device is known as an ignition device for an internal combustion engine. The capacitor discharge type ignition device includes an ignition circuit in which a primary coil of an ignition coil, an ignition capacitor, and a thyristor for charge / discharge control are connected in series, and the charge charged in the ignition capacitor is transferred to the primary coil of the ignition coil. By discharging via, a high voltage for ignition (hereinafter referred to as “ignition voltage”) is generated in the secondary coil of the ignition coil. This ignition voltage is supplied to the spark plug, and spark discharge occurs in the spark plug.
また、コンデンサ放電式の点火装置としては、AC放電方式のAC点火装置とDC放電方式のDC点火装置とが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, as a capacitor discharge type ignition device, an AC discharge type AC ignition device and a DC discharge type DC ignition device are known (for example, see Patent Document 1).
AC点火装置では、点火用コンデンサの放電に伴って点火コイルの一次コイルにAC放電電流が流れ、同点火コイルの二次コイルにAC点火用電圧が発生する。その結果、点火プラグにおいて持続時間の長いAC火花放電が発生する。このAC火花放電で燃料に着火することにより、失火を抑制することができる。 In the AC ignition device, an AC discharge current flows in the primary coil of the ignition coil as the ignition capacitor is discharged, and an AC ignition voltage is generated in the secondary coil of the ignition coil. As a result, an AC spark discharge with a long duration occurs in the spark plug. By igniting the fuel with this AC spark discharge, misfire can be suppressed.
一方、DC点火装置では、点火用コンデンサの放電に伴って点火コイルの一次コイルにDC放電電流が流れ、同点火コイルの二次コイルにDC点火用電圧が発生する。その結果、点火プラグにおいてDC火花放電が発生する。ここで、DC放電電流の減衰時間はAC放電電流の減衰時間よりも短い。そのため、内燃機関の回転速度が高くなっても、点火周期において点火用コンデンサを充電する時間を確保することができる。これにより、内燃機関の回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下が抑制される。
ところで、車両用の内燃機関においては、その仕様等に応じてAC点火装置及びDC点火装置のいずれか一方が採用される。しかしながら、AC点火装置及びDC点火装置の両装置をそれぞれ開発及び製造することが、各装置のコスト増を招いている。 By the way, in an internal combustion engine for a vehicle, one of an AC ignition device and a DC ignition device is employed according to the specification and the like. However, the development and manufacture of both the AC ignition device and the DC ignition device respectively increase the cost of each device.
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであって、AC点火用電圧又はDC点火用電圧を選択的に発生可能な内燃機関用点火装置を提供することを主たる目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to provide an ignition device for an internal combustion engine that can selectively generate an AC ignition voltage or a DC ignition voltage. is there.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
第1の構成は、点火コイルと、その点火コイルの一次コイルに直列接続された点火用コンデンサと、一次コイル及び点火用コンデンサからなる直列回路の両端に接続され点火用コンデンサの放電路を開閉する第1スイッチング部とを有する点火回路と、点火用コンデンサを充電する充電回路とを備える。この構成において、第1スイッチング部を閉状態にして点火用コンデンサを放電させると、一次コイルに放電電流が流れ、同点火コイルの二次コイルに点火用電圧が発生する。 In the first configuration , an ignition coil, an ignition capacitor connected in series to the primary coil of the ignition coil, and a series circuit including the primary coil and the ignition capacitor are connected to both ends of the ignition circuit to open and close a discharge path of the ignition capacitor. An ignition circuit having a first switching unit; and a charging circuit for charging the ignition capacitor. In this configuration, when the ignition capacitor is discharged with the first switching unit closed, a discharge current flows through the primary coil, and an ignition voltage is generated in the secondary coil of the ignition coil.
さらに、上記構成において、第2スイッチング部が一次コイルの両端に接続されている。この構成によると、第2スイッチング部が開状態である場合には、一次コイル及び点火用コンデンサによりLC共振回路が形成される。そのため、点火用コンデンサの放電により一次コイルに所定共振周波数の放電電流が流れる。一方、第2スイッチング部が閉状態である場合には、共振回路が形成されず、放電電流が急激に減衰する。そのため、第2スイッチング部の開閉制御により、一次コイルにAC放電電流(交流の放電電流)又はDC放電電流(直流の放電電流)を流すことができる。 Further, in the above configuration, the second switching unit is connected to both ends of the primary coil. According to this configuration, when the second switching unit is in the open state, an LC resonance circuit is formed by the primary coil and the ignition capacitor. Therefore, a discharge current having a predetermined resonance frequency flows through the primary coil due to the discharge of the ignition capacitor. On the other hand, when the second switching unit is in the closed state, a resonance circuit is not formed, and the discharge current is rapidly attenuated. Therefore, by switching control of the second switching unit, can flow AC discharge current to the primary coil (discharge current of alternating current) or DC discharge current (discharge current dc).
例えば、第2スイッチング部を、次のとおりサイリスタにより構成した場合には(第2の構成)、そのサイリスタをオフ状態にして点火用コンデンサを放電すると一次コイルにAC放電電流が流れ、そのサイリスタをオン状態にして点火用コンデンサを放電すると一次コイルにDC放電電流が流れる(第3の構成)。 For example, when the second switching unit is configured by a thyristor as follows ( second configuration ), when the ignition capacitor is discharged with the thyristor turned off, an AC discharge current flows through the primary coil, and the thyristor is When the ignition capacitor is discharged in the on state, a DC discharge current flows through the primary coil ( third configuration ).
すなわち、第2スイッチング部としてのサイリスタのアノードを一次コイルの点火用コンデンサ側の一端に接続し、そのカソードを一次コイルの他端に接続する。この場合には、サイリスタをオフ状態にして第1スイッチング部を開放すると、上述の如く一次コイルにAC放電電流が流れる。一方、サイリスタをオン状態にして第1スイッチング部を開放すると、点火用コンデンサの放電に伴って、放電電流が第1スイッチング部を介して一次コイルに流れる。しかしながら、一次コイルを流れた放電電流がサイリスタを流れることで、放電電流は急激に減衰する。こうして一次コイルには、DC放電電流が流れる。 That is, the anode of the thyristor as the second switching unit is connected to one end of the primary coil on the ignition capacitor side, and the cathode is connected to the other end of the primary coil. In this case, when the thyristor is turned off and the first switching unit is opened, the AC discharge current flows through the primary coil as described above. On the other hand, when the thyristor is turned on and the first switching unit is opened, a discharge current flows to the primary coil through the first switching unit as the ignition capacitor is discharged. However, the discharge current rapidly attenuates as the discharge current flowing through the primary coil flows through the thyristor. Thus, a DC discharge current flows through the primary coil.
このように第2スイッチング部を制御することにより、点火コイルの一次コイルにAC放電電流又はDC火花放電を流すことができる。これにより、同点火コイルの二次コイルにAC点火用電圧又はDC点火用電圧を発生させ、点火プラグにおいてAC火花放電又はDC火花放電を発生させることができる。 By controlling the second switching unit in this way, an AC discharge current or a DC spark discharge can be passed through the primary coil of the ignition coil. Thereby, AC ignition voltage or DC ignition voltage can be generated in the secondary coil of the ignition coil, and AC spark discharge or DC spark discharge can be generated in the spark plug.
第4の構成では、内燃機関の回転速度に基づいて第2スイッチング部を開閉制御する。これにより、内燃機関の回転速度に応じて、点火コイルの一次コイルにAC放電電流又はDC放電電流を流すことができ、同点火コイルの二次コイルにAC点火用電圧又はDC点火用電圧を発生させることができる。 In the fourth configuration , the second switching unit is controlled to open and close based on the rotational speed of the internal combustion engine. This allows AC discharge current or DC discharge current to flow through the primary coil of the ignition coil according to the rotational speed of the internal combustion engine, and generates AC ignition voltage or DC ignition voltage in the secondary coil of the ignition coil. Can be made.
ここで、点火装置の点火周期は「点火後休止期間」と「充電期間」と「点火待ち期間」とからなっている。点火後休止期間とは、点火用コンデンサの放電が開始させてから次に点火用コンデンサの充電が開始されるまでの期間であり、充電期間とは、点火用コンデンサを充電する期間であり、点火用コンデンサの充電が終了してから次に点火用コンデンサ2の放電が開始されるまでの期間である。 Here, the ignition cycle of the ignition device is composed of a “post-ignition rest period”, a “charging period”, and an “ignition waiting period”. The post-ignition rest period is the period from the start of the discharge of the ignition capacitor until the next start of charging of the ignition capacitor, and the charging period is the period of charging the ignition capacitor. This is a period from the end of charging of the ignition capacitor to the start of discharge of the ignition capacitor 2 next time.
また、点火用コンデンサの充電は、放電電流が十分に減衰するのを待って開始される。すなわち、点火後休止期間の長さは放電電流の減衰時間に依存する一定時間である。また、充電期間の長さは充電回路や点火回路の仕様により決まる一定時間である。そのため、内燃機関の回転速度が高くなり点火周期が短くなると、点火装置では点火待ち期間を短縮することにより点火周期において充電期間を確保するようになっている。しかしながら、点火待ち期間を0にしてもなお点火周期において十分な充電期間を確保することができない場合には、点火電圧が低下する。そして、点火電圧が放電電圧(点火プラグにおいて火花放電を発生させるための下限電圧)よりも低くなると、点火プラグにおいて火花放電が発生せず失火を招く。 The charging of the ignition capacitor is started after the discharge current is sufficiently attenuated. That is, the length of the post-ignition rest period is a fixed time that depends on the decay time of the discharge current. The length of the charging period is a fixed time determined by the specifications of the charging circuit and ignition circuit. Therefore, when the rotation speed of the internal combustion engine increases and the ignition cycle becomes shorter, the ignition device secures a charging period in the ignition cycle by shortening the ignition waiting period. However, even when the ignition waiting period is set to 0, if a sufficient charging period cannot be ensured in the ignition cycle, the ignition voltage decreases. When the ignition voltage becomes lower than the discharge voltage (the lower limit voltage for generating spark discharge in the spark plug), no spark discharge occurs in the spark plug, resulting in misfire.
そこで、第5の構成では、第2スイッチング部の開閉制御により、内燃機関の回転速度が所定速度以上の場合には一次コイルに直流の放電電流(DC放電電流)を流し、内燃機関の回転速度が所定速度よりも低い場合には一次コイルに交流の放電電流(AC放電電流)を流す。例えば、第2の構成のように第2スイッチング部をサイリスタで構成した場合には、内燃機関の回転速度が所定速度以上のときサイリスタをオン状態とし、内燃機関の回転速度が所定速度よりも低いときサイリスタをオフ状態とする。 Therefore, in the fifth configuration , when the rotation speed of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined speed by the opening / closing control of the second switching unit, a DC discharge current (DC discharge current) is caused to flow through the primary coil, and the rotation speed of the internal combustion engine. Is lower than a predetermined speed, an alternating discharge current (AC discharge current) is passed through the primary coil. For example, when configured with thyristors a second switching unit as in the second configuration, the rotational speed of the internal combustion engine is turned on the thyristor when the predetermined speed or higher, the rotational speed of the internal combustion engine is lower than a predetermined speed Sometimes the thyristor is turned off.
DC放電電流の減衰時間はAC放電電流と比較して短い。そのため、内燃機関の回転速度が高くなり点火周期が短くなっても、点火後休止期間を短縮することで点火周期において十分な充電期間を確保することができる。これにより、内燃機関の回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下を抑制し、点火用電圧の低下に起因する失火を抑制することができる。一方、内燃機関の回転速度が低く点火周期が長い場合には、DC火花放電よりも持続時間が長いAC火花放電で燃料に着火することにより、失火を抑制することができる。 The decay time of the DC discharge current is short compared to the AC discharge current. Therefore, even if the rotational speed of the internal combustion engine increases and the ignition cycle becomes shorter, it is possible to ensure a sufficient charging period in the ignition cycle by shortening the post-ignition pause period. Thereby, the fall of the voltage for ignition accompanying the raise of the rotational speed of an internal combustion engine can be suppressed, and the misfire resulting from the fall of the voltage for ignition can be suppressed. On the other hand, when the rotational speed of the internal combustion engine is low and the ignition cycle is long, misfiring can be suppressed by igniting the fuel with AC spark discharge having a longer duration than DC spark discharge.
第6の構成では、内燃機関の着火性を示すパラメータに基づいて、第2スイッチングを開閉制御する。ここで、内燃機関の着火性を示すパラメータには、燃料性状、圧縮圧力、混合気温度、空燃比、点火プラグの電極温度などが含まれる。 In the sixth configuration , the second switching is controlled to open and close based on a parameter indicating the ignitability of the internal combustion engine. Here, the parameters indicating the ignitability of the internal combustion engine include fuel properties, compression pressure, mixture temperature, air-fuel ratio, spark plug electrode temperature, and the like.
例えば燃料性状により持続時間が短い火花放電では確実に点火できない場合には、第2スイッチング部を開閉制御することにより、点火コイルの一次コイルにAC放電電流を流し、点火プラグにおいてAC火花放電が発生させるとよい。DC火花放電よりも持続時間が長いAC火花放電で燃料に着火することにより、失火を抑制することができる。 For example, if ignition is not possible with short-lived spark discharge due to the fuel properties, AC discharge current is caused to flow through the primary coil of the ignition coil by controlling the opening and closing of the second switching unit, and AC spark discharge is generated at the spark plug. It is good to let them. By igniting the fuel with AC spark discharge having a longer duration than DC spark discharge, misfire can be suppressed.
上述した放電電圧は、圧縮圧力が高くなるほど、混合気温度が低くなるほど、空燃比が高くなるほど、点火プラグの電極温度が低くなるほど、高くなる。また、放電電圧が高くなるほど、内燃機関の高回転域において火花放電が発生せず失火する蓋然性が高まる。すなわち、放電電圧の上昇に伴って着火性が悪化する。このような場合には、第2スイッチング部を開閉制御することにより、一次コイルに減衰時間の短いDC放電電流を流すとよい。これにより、内燃機関の回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下が抑制されるため、放電電圧が高い場合において内燃機関の回転速度が高くなっても、点火プラグにおいて火花放電を発生させることができる。 The discharge voltage described above increases as the compression pressure increases, the mixture temperature decreases, the air-fuel ratio increases, and the spark plug electrode temperature decreases. In addition, the higher the discharge voltage, the higher the probability that a spark discharge will not occur in the high speed range of the internal combustion engine and a misfire will occur. That is, the ignitability deteriorates as the discharge voltage increases. In such a case, a DC discharge current having a short decay time may be supplied to the primary coil by controlling the opening and closing of the second switching unit. As a result, a decrease in the ignition voltage accompanying an increase in the rotational speed of the internal combustion engine is suppressed, so that even when the discharge voltage is high and the rotational speed of the internal combustion engine is high, spark discharge can be generated in the spark plug. it can.
第7の構成では、点火用コンデンサの放電開始から所定時間が経過するまで第2スイッチング部を開状態とし、所定時間の経過時に第2スイッチング部を閉状態とする。その結果、点火用コンデンサの放電開始から所定時間が経過するまでの期間には、点火コイルの一次コイルに放電電流が流れ、点火プラグにおいて火花放電が発生する。一方、点火用コンデンサの放電開始から所定時間の経過時に第2スイッチング部が閉状態になると、放電電流が第2スイッチング部を流れて急激に減衰し、点火プラグにおいて火花放電は発生しなくなる。 In the seventh configuration , the second switching unit is opened until a predetermined time elapses from the start of discharge of the ignition capacitor, and the second switching unit is closed when the predetermined time elapses. As a result, during a period from when the ignition capacitor starts to discharge until a predetermined time elapses, a discharge current flows through the primary coil of the ignition coil, and spark discharge occurs in the spark plug. On the other hand, when the second switching unit is closed after a predetermined time has elapsed since the discharge of the ignition capacitor, the discharge current flows through the second switching unit and abruptly attenuates, so that no spark discharge occurs in the spark plug.
この構成によると、第2スイッチング部を開閉制御することで、火花放電の持続時間を調整したり、放電電流の減衰時間(点火後休止期間)を調整したりすることができる。具体的には、上記所定時間を長くすることにより火花放電の持続時間を長くすることができる。また、上記所定時間を短くすることにより、放電電流の減衰時間を短くして点火後休止期間を短縮することができる。 According to this configuration, by controlling the opening and closing of the second switching unit, it is possible to adjust the duration of the spark discharge and adjust the decay time of the discharge current (post-ignition rest period). Specifically, the duration of the spark discharge can be increased by increasing the predetermined time. Further, by shortening the predetermined time, the decay time of the discharge current can be shortened and the post-ignition rest period can be shortened.
第8の構成では、第7の構成において内燃機関の回転速度に基づいて上記所定時間を設定する。この構成によると、内燃機関の回転速度に応じて、火花放電の持続時間や点火休止期間を調整することができる。例えば、内燃機関の回転速度が高くなるほど上記所定時間を短くすることにより、放電電流の減衰時間を短くして点火休止期間を短縮するとよい。これにより、内燃機関の回転速度が高くなり点火周期が短くなっても、点火周期において十分な充電期間を確保することができる。これにより、内燃機関の回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下を抑制することができる。 In the eighth configuration , the predetermined time is set based on the rotational speed of the internal combustion engine in the seventh configuration . According to this configuration, the duration of spark discharge and the ignition pause period can be adjusted according to the rotational speed of the internal combustion engine. For example, it is preferable to shorten the ignition rest period by shortening the decay time of the discharge current by shortening the predetermined time as the rotational speed of the internal combustion engine increases. Thereby, even if the rotational speed of the internal combustion engine is increased and the ignition cycle is shortened, a sufficient charging period can be secured in the ignition cycle. Thereby, the fall of the voltage for ignition accompanying the raise of the rotational speed of an internal combustion engine can be suppressed.
第9の構成では、第7の構成において内燃機関の着火性を示すパラメータに基づいて上記所定時間を設定する。この構成によると、内燃機関の着火性に応じて火花放電の持続時間や点火休止期間を調整することができる。 In the ninth configuration , the predetermined time is set based on the parameter indicating the ignitability of the internal combustion engine in the seventh configuration . According to this configuration, the duration of spark discharge and the ignition pause period can be adjusted according to the ignitability of the internal combustion engine.
第10の構成は、第1スイッチング部として、一次コイル及び点火用コンデンサからなる直列回路の点火用コンデンサ側の一端にアノードが接続され、その直列回路の他端にカソードが接続されたサイリスタと、そのサイリスタの両端に逆並列接続されたダイオードとを備える。 In a tenth configuration , as a first switching unit, a thyristor having an anode connected to one end on the ignition capacitor side of a series circuit including a primary coil and an ignition capacitor, and a cathode connected to the other end of the series circuit; A diode connected in antiparallel to both ends of the thyristor.
以下、本発明を具体化した複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施形態の構成要素と対応する。 Hereinafter, a plurality of embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, the component to which the same code | symbol was attached | subjected respond | corresponds with the component of the other embodiment to which the code | symbol was attached | subjected.
(第1実施形態)
第1実施形態は、車両用エンジンの点火装置として本発明を具体化しており、その構成を図1に基づいて説明する。図1に示す本実施形態は、点火用コンデンサに充電した電荷を放電することにより点火用電圧を出力するコンデンサ放電式の点火装置10である。
(First embodiment)
The first embodiment embodies the present invention as an ignition device for a vehicle engine, and its configuration will be described with reference to FIG. The present embodiment shown in FIG. 1 is a capacitor discharge
図1において、車両には交流発電機11が搭載されている。この交流発電機11にはAC−DCコンバータ12が接続されており、AC−DCコンバータ12にはバッテリ13が接続されている。エンジンに駆動されて交流発電機11が交流電流を出力すると、その交流電圧はAC−DCコンバータ12により直流電流に変換され、その直流電圧はバッテリ13に充電される。
In FIG. 1, an
AC−DCコンバータ12及びバッテリ13には、ダイオード14を介して点火装置10のDC−DCコンバータ15が接続されている。DC−DCコンバータ15は、ダイオード14に接続されている昇圧トランス16、昇圧トランス16の一次コイル16aに接続されているチョッパ回路18、チョッパ回路18に接続されている充電停止回路19などから構成されている。
A DC-
チョッパ回路18は、一次コイル16aへの通電及び通電停止を交互に繰り返す。充電停止回路19は、制御回路20に接続されており、制御回路20の制御に従ってチョッパ回路18による上記通電制御を許可又は禁止する。充電停止回路19がチョッパ回路18による上記通電制御を禁止すると、一次コイル16aへの通電は停止状態に維持されるようになっている。
The
昇圧トランス16の二次コイル16bには、ダイオード21を介して点火回路23の点火用コンデンサ24が接続されている。この点火回路23は、点火用コンデンサ24、充放電制御用サイリスタ25、一次コイル26aがこの順に直列接続されてなる回路と、充放電制御用サイリスタ25に並列接続されたダイオード28と、一次コイル26aに並列接続された放電切替用サイリスタ27とで構成されている。
An
詳しくは、充放電制御用サイリスタ25のアノードは点火用コンデンサ24に接続されており、そのカソードは一次コイル26aに接続されている。一方、放電切替用サイリスタ27のアノードは一次コイル26aの点火用コンデンサ24側の一端に接続されており、そのカソードは一次コイル26aの他端に接続されている。そして、これらのサイリスタ25,27のゲートはそれぞれ制御回路20に接続されている。また、ダイオード28は充放電制御用サイリスタ25と逆向きに接続されている。点火コイル26の二次コイル26bには、点火プラグ29が接続されている。充放電制御用サイリスタ25及びダイオード28が「第1スイッチング部」に相当する。また放電切替用サイリスタ27が「第2スイッチング部」に相当する。
Specifically, the anode of the charge /
制御手段としての制御回路20は、CPU、メモリを主体とする回路である。メモリは、点火制御プログラムやその制御に要するパラメータを記憶する。CPUは、メモリに記憶された点火制御プログラムを実行することにより各部を制御する。制御回路20には、エンジンの所定クランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ30が接続されている。
The
次に、点火装置10の点火制御を概説する。
Next, the ignition control of the
DC−DCコンバータ15において、充電停止回路19によりチョッパ回路18による通電制御が許可されると、昇圧トランス16の一次コイル16aへの通電及びその停止がチョッパ回路18により交互に繰り返され、一次コイル16aを流れる電流が変化する。すると、この電流変化に伴って二次コイル16bにパルス状の高電圧(以下「充電用電圧」という)が発生する。その際、点火回路23において充放電制御用サイリスタ25がオフ状態であれば、上記充電用電圧によって点火用コンデンサ24が充電される。点火用コンデンサ24の電圧が所定電圧よりも高くなるか、又は充電を許可した時点からの経過時間が所定時間よりも長くなると、充電停止回路19によりチョッパ回路18による通電制御が禁止される。これにより、点火用コンデンサ24の充電が終了する。
In the DC-
また、点火回路23において、充放電制御用サイリスタ25がオン状態になると、点火用コンデンサ24に充電されていた電荷が放電される。その結果、点火コイル26の一次コイル26aに放電電流が流れ、点火コイル26の二次コイル26bに点火用電圧が発生する。これにより、点火プラグ29において火花放電が発生する。そして、放電電流が十分に減衰すると、再び点火用コンデンサ24の充電が開始される。このようにして点火装置10では、火花放電が周期的に発生するようになっている。
In the
ところで、点火回路23では、放電切替用サイリスタ27を制御することにより、点火コイル26の一次コイル26aにAC放電電流又はDC放電電流を選択的に流せるようになっている。
By the way, in the
以下、図2及び図3に基づいて点火回路23の作動を説明する。図2は、放電切替用サイリスタ27がオフ状態である場合の点火回路23を示し、図3は放電切替用サイリスタ27がオン状態である場合の点火回路23を示している。また、図2(a)及び図3(a)は、点火待ち期間における点火回路23を示しており、点火用コンデンサ24が図示の極性に充電された状態を想定している。なお、図2及び図3に一点鎖線で示す矢印は点火用コンデンサ24の放電に伴う放電電流を示す。また、図2に破線で示す放電切替用サイリスタ27はオフ状態の同サイリスタを示し、図3に実線で示す放電切替用サイリスタ27はオン状態の同サイリスタを示している。
Hereinafter, the operation of the
図2(a)に示すように放電切替用サイリスタ27がオフ状態である場合において、充放電制御用サイリスタ25をオン状態にすると、点火用コンデンサ24が放電を開始すると共に、一次コイル26a及び点火用コンデンサ24によりLC共振回路が形成される。その結果、図2(b)に示すように点火用コンデンサ24の放電に伴って一次コイル26aにはAC放電電流が流れる。
As shown in FIG. 2A, when the
詳しくは、充放電制御用サイリスタ25をオン状態にすると、点火用コンデンサ24の放電に伴って、放電電流が充放電制御用サイリスタ25及び一次コイル26aを流れる。そして、この放電電流は点火用コンデンサ24が完全に放電した時(点火用コンデンサ24の電荷が0になった時)に最大となる。点火用コンデンサ24が完全に放電された後も、一次コイル26aに生じる自己誘導起電力によって放電電流が流れ続ける。その結果、図2(c)に示すように点火用コンデンサ24が先の充電時と逆極性に充電される。そして、一次コイル26aの自己誘導起電力が0になると、図2(d)に示すように点火用コンデンサ24が再び放電を開始する。これにより、先の放電時と逆向きの放電電流が一次コイル26a及びダイオード28を流れ、点火用コンデンサ24が最初の充電時(DC−DCコンバータ15により充電された時)と同一極性に充電される(図2(a)参照)。このようにしてAC放電電流が一次コイル26aを流れることで、二次コイル26bにAC点火用電圧が発生する。
Specifically, when the charge /
一方、図3(a)に示すように放電切替用サイリスタ27がオン状態である場合において、充放電制御用サイリスタ25をオン状態にすると、次のとおり一次コイル26aにDC放電電流が流れる。すなわち、充放電制御用サイリスタ25をオン状態にすると、放電切替用サイリスタ27がオフ状態である場合と同様に、点火用コンデンサ24が完全に放電した時点で放電電流が最大となる。しかしながら、この際、一次コイル26aに生じる自己誘導起電力が放電切替用サイリスタ27により短絡されるため(図3(b)参照)、放電電流は急激に減衰する。このようにしてDC放電電流が一次コイル26aに流れることで、二次コイル26bにDC点火用電圧が発生する。
On the other hand, when the
ここで、上述の如く二次コイル26bにAC点火用電圧を発生させると、点火プラグ29においてAC火花放電が発生する。AC火花放電の持続時間は、DC火花放電の持続時間よりも長い。したがって、点火回路23によりAC点火用電圧を発生させることで、AC火花放電によって燃料に確実に着火することができる。
Here, when an AC ignition voltage is generated in the secondary coil 26 b as described above, an AC spark discharge is generated in the
しかしながら、AC放電電流の減衰時間はDC放電電流の減衰時間よりも長いため、エンジン回転速度が高くなり点火周期が短くなると、点火周期において十分な充電期間を確保できず点火用電圧が低下するおそれがある。これに対して、DC放電電流の減衰時間はAC放電電流の減衰時間よりも短い。そのため、エンジン回転速度が高くなり点火周期が短くなっても、点火後休止期間を短縮することで点火周期において十分な充電期間を確保することができる。これにより、エンジン回転速度に上昇に伴う点火用電圧の低下を抑制することができる。 However, since the decay time of the AC discharge current is longer than the decay time of the DC discharge current, if the engine speed is increased and the ignition cycle is shortened, a sufficient charging period cannot be ensured in the ignition cycle, and the ignition voltage may decrease. There is. In contrast, the decay time of the DC discharge current is shorter than the decay time of the AC discharge current. Therefore, even if the engine speed increases and the ignition cycle becomes shorter, a sufficient charging period can be secured in the ignition cycle by shortening the post-ignition pause period. Thereby, the fall of the voltage for ignition accompanying a raise in an engine speed can be suppressed.
そこで、本実施形態の点火制御では、エンジン回転速度に基づいてAC点火用電圧又はDC点火用電圧を切り替えて発生させるようにしている。詳しくは、クランク角センサ30が出力するパルス信号からエンジン回転速度を算出する。そして、エンジン回転速度が所定回転速度よりも低い場合には、放電切替用サイリスタ27をオフ状態に制御することによりAC点火用電圧を発生させ、エンジン回転速度が所定回転速度以上の場合には、放電切替用サイリスタ27をオン状態にすることによりDC点火用電圧を発生させる。
Therefore, in the ignition control of the present embodiment, the AC ignition voltage or the DC ignition voltage is switched and generated based on the engine rotation speed. Specifically, the engine rotation speed is calculated from the pulse signal output from the
次に、図4に示すタイムチャートに基づいて、点火装置10の点火制御を詳説する。
Next, ignition control of the
図4において、充電停止信号Xg1は、制御回路20から充電停止回路19への入力信号を示す。また、点火信号Xg2及び切替信号Xg3は、それぞれ制御回路20から充放電制御用サイリスタ25及び放電切替用サイリスタ27のゲートに入力される信号であり、これらの信号がハイレベルの場合に各サイリスタをオン状態に遷移させるゲート電流(ターンオンさせるゲート電流)が対応するサイリスタに流れることを想定している。また、コンデンサ電圧Vcは点火用コンデンサ24と充放電制御用サイリスタ25との接続点の電圧を示し、充電用電圧Vpは昇圧トランス16の二次コイル16bとダイオード21との接続点の電圧を示す。
In FIG. 4, a charge stop signal Xg1 indicates an input signal from the
さらに、図4では、エンジン回転速度がタイミングt5の前後で上昇したことを想定している。そのため、タイミングt5の前後で点火信号Xg2の周期(点火周期)が異なっている。また、このエンジン回転速度の変化に伴って、タイミングt5において切替信号Xg3がローレベルからハイレベルに変化している。 Furthermore, in FIG. 4, it is assumed that the engine speed has increased around timing t5. Therefore, the cycle (ignition cycle) of the ignition signal Xg2 differs before and after the timing t5. As the engine speed changes, the switching signal Xg3 changes from the low level to the high level at timing t5.
タイミングt1で充電停止信号Xg1がローレベルになると、チョッパ回路18による通電制御が許可され、その後、昇圧トランス16の一次コイル16aへの通電及び通電停止が交互に繰り返される。これにより、一次コイル16aを流れる電流が変化し、昇圧トランス16の二次コイル16bにパルス状の充電用電圧Vpが発生する。このとき、充放電制御用サイリスタ25がローレベルの点火信号Xg2によりオフ状態に制御されているため、充電用電圧Vpの印加によって充放電制御用サイリスタ25に電流が流れることはない。したがって、パルス状の充電用電圧Vpの印加によって点火用コンデンサ24が充電され、それに伴ってコンデンサ電圧Vcが上昇する(タイミングt1〜t2参照)。
When the charge stop signal Xg1 becomes low level at the timing t1, energization control by the
タイミングt2で充電停止信号Xg1がハイレベルになると、チョッパ回路18による通電制御が禁止され、昇圧トランス16の一次コイル16aへの通電が停止状態に維持される。その結果、昇圧トランス16の二次コイル16bにパルス状の充電用電圧が発生しなくなる。
When the charge stop signal Xg1 becomes high level at the timing t2, energization control by the
タイミングt3で点火信号Xg2がハイレベルになると、充放電制御用サイリスタ25がオン状態に遷移する。その結果、点火用コンデンサ24が放電する。この時、放電切替用サイリスタ27は、ローレベルの切替信号Xg3によりオフ状態に制御されている。そのため、点火コイル26の一次コイル26aにAC放電電流が流れ、二次コイル26bにAC点火用電圧が発生する。そして、AC放電電流が十分に減衰した後に、充電停止信号Xg1がローレベルになる(タイミングt4参照)。その結果、再び点火用コンデンサ24の充電が開始される。
When the ignition signal Xg2 becomes high level at the timing t3, the charge /
タイミングt5でエンジン回転速度が所定速度以上になると、切替信号Xg3がハイレベルになる。 When the engine rotational speed becomes equal to or higher than the predetermined speed at timing t5, the switching signal Xg3 becomes high level.
タイミングt6で点火信号Xg2がハイレベルになると、充放電制御用サイリスタ25がオン状態に遷移する。その結果、点火用コンデンサ24が放電する。この時、放電切替用サイリスタ27は、ハイレベルの切替信号Xg3によりオン状態に制御されている。したがって、点火コイル26の一次コイル26aにDC放電電流が流れ、二次コイル26bにDC点火用電圧が発生する。そして、DC放電電流が十分に減衰した後に、充電停止信号Xg1がローレベルになる(タイミングt6参照)。その結果、再び点火用コンデンサ24の充電が開始される。タイミングt6〜t7では、タイミングt1〜t2と同様にして点火用コンデンサ24が充電される。ここで、一次コイル26aにDC放電電流を流した場合の点火休止期間(タイミングt6〜t7参照)は、一次コイル26aにAC放電電流を流した場合の点火休止期間(タイミングt3〜t4参照)よりも短いことが分かる。
When the ignition signal Xg2 becomes high level at the timing t6, the charge /
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
エンジン回転速度が所定速度よりも低い場合には、点火コイル26の一次コイル26aにAC放電電流が流れ、二次コイル26bにAC点火用電圧が発生するようにした。これにより、点火プラグ29においてAC火花放電が発生する。AC火花放電の継続時間は長いため、燃料に確実に着火することができる。
When the engine speed is lower than the predetermined speed, an AC discharge current flows through the
一方、エンジン回転速度が所定速度以上の場合には、点火コイル26の一次コイル26aにDC放電電流が流れ、二次コイル26bにDC点火用電圧が発生するようにした。上述したように、DC放電電流の減衰時間はAC放電電流の減衰時間よりも短い。したがって、一次コイル26aにAC放電電流を流すと点火周期において十分な充電期間を確保できないようなエンジン回転速度であっても、一次コイル26aにDC放電電流を流して点火後休止期間を短縮することにより、点火周期において十分な充電期間を確保することができる。これにより、エンジン回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下を抑制することができる。
On the other hand, when the engine rotation speed is equal to or higher than the predetermined speed, a DC discharge current flows through the
なお、本実施形態では、エンジン回転速度に応じて、AC点火用電圧又はDC点火用電圧を発生させた。しかしながら、点火装置10を従来のAC点火装置として機能させてもよいし、点火装置10を従来のDC点火装置として機能させてもよい。具体的には、放電切替用サイリスタ27を常時オン状態又は常時オフ状態にしてもよい。この場合でも、AC点火装置及びDC点火装置の両装置をそれぞれ開発及び製造する場合と比較して、点火装置のコスト削減を削減することができる。
In this embodiment, the AC ignition voltage or the DC ignition voltage is generated according to the engine speed. However, the
(第2実施形態)
第2実施形態の回路構成は、第1実施形態と実質的に同一である。そのため、第1実施形態の対応する構成要素と同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
The circuit configuration of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Therefore, the same code | symbol as the corresponding component of 1st Embodiment is attached, and description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、点火用コンデンサ24の放電開始から所定時間(以下「切替待ち時間」という)が経過するまで放電切替用サイリスタ27をオフ状態とし、その切替待ち時間の経過時に放電切替用サイリスタ27をオン状態とする。その結果、点火用コンデンサ24の放電開始から切替待ち時間が経過するまでの期間には、点火コイル26の一次コイル26aに放電電流が流れ、点火プラグ29において火花放電が発生する。そして、点火用コンデンサ24の放電開始から切替待ち時間の経過後に、放電電流が放電切替用サイリスタ27を流れることで急激に減衰する。その結果、点火プラグ29において火花放電が発生しなくなる。
In the present embodiment, the
このように放電切替用サイリスタ27を制御することにより、火花放電の持続時間や点火休止期間の調整が可能となる。具体的には、放電切替用サイリスタ27をオン状態に遷移させるタイミングを遅くすることにより、火花放電の持続時間を長くすることができる。また、放電切替用サイリスタ27をオン状態に遷移させるタイミングを早くすることにより、放電電流の減衰時間を短くして点火休止期間を短縮することができる。本実施形態では、エンジン回転速度が高くなるほど、放電切替用サイリスタ27をオン状態に遷移させるタイミングを早くするようにしている。具体定期には、エンジン回転速度が高くなるほど切替待ち時間を短く設定するようにしている。
By controlling the
以下、図5に示すタイミングチャート基づいて、本実施形態の点火制御を説明する。図5において、充電停止信号Xg1、点火信号Xg2、及び切替信号Xg3は、それぞれ充電停止回路19、充放電制御用サイリスタ25、及び放電切替用サイリスタ27のゲートに入力される信号である。また、コイル電圧Vlは一次コイル26aと点火用コンデンサ24との接点の電圧を示す。
Hereinafter, the ignition control of the present embodiment will be described based on the timing chart shown in FIG. In FIG. 5, a charge stop signal Xg1, an ignition signal Xg2, and a switching signal Xg3 are signals input to the gates of the
また、図5では、タイミングt11において点火信号Xg2がローレベルからハイレベルに遷移している。そしてタイミングt11から切替待ち時間が経過したタイミングt12において、切替信号Xg3がローレベルからハイレベルに遷移している。なお、図5において破線で示すVlの波形は、タイミングt12において切替信号Xg3がハイレベルに遷移せずローレベルに維持された場合のVlの変化を示している。 In FIG. 5, the ignition signal Xg2 changes from the low level to the high level at the timing t11. At the timing t12 when the switching waiting time has elapsed from the timing t11, the switching signal Xg3 transitions from the low level to the high level. Note that the waveform of Vl indicated by a broken line in FIG. 5 indicates a change in Vl when the switching signal Xg3 is not changed to the high level but maintained at the low level at the timing t12.
タイミングt11で点火信号Xg2がハイレベルになると、充放電制御用サイリスタ25がオン状態に遷移する。これにより、点火用コンデンサ24が放電する。タイミングt11〜t12までの期間では、放電切替用サイリスタ27がローレベルの切替信号Xg3によりオフ状態に制御されているため、点火用コンデンサ24の放電に伴って一次コイル26aにAC放電電流が流れ、コイル電圧Vlは振動する。これにより、二次コイル26bにはAC点火用電圧が発生し、点火プラグ29においてAC火花放電が発生する。
When the ignition signal Xg2 becomes high level at the timing t11, the charge /
タイミングt12で切替信号Xg3がハイレベルになると、放電切替用サイリスタ27がオン状態に遷移する。そのため、タイミングt12以後にコイル電圧Vlが正電圧になると、放電切替用サイリスタ27に放電電流が流れ、AC放電電流及びコイル電圧Vlが急激に減衰する。タイミングt13で充電停止信号Xg1がローレベルになると、点火用コンデンサ24の充電が開始される。
When the switching signal Xg3 becomes high level at the timing t12, the
以上詳説した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
点火用コンデンサ24の放電開始から切替待ち時間が経過するまでの期間に、放電切替用サイリスタ27をオフ状態に制御した。これにより、点火コイル26の一次コイル26aにAC放電電流が流れる(図5に示すタイミングt11〜t12参照)。また、点火用コンデンサ24の放電開始から切替待ち時間の経過時に、放電切替用サイリスタ27をオン状態に制御した。これにより、AC放電電流が急激に減衰する(図5に示すタイミングt12〜t13参照)。
The
さらに、エンジン回転速度が高くなるほど、上記切替待ち時間を短く設定し、放電切替用サイリスタ27をオン状態に遷移させるタイミング(図5に示すタイミングt12参照)を早くした。その結果、エンジン回転速度が高くなるほど、放電電流の減衰時間が短くなる。これにより、エンジン回転速度が上昇し点火周期が短くなっても、点火周期において点火後休止期間(図5に示すタイミングt11〜t13参照)を短縮することで充電期間を確保し、エンジン回転速度の上昇に伴う点火用電圧の低下を抑制することができる。
Furthermore, the higher the engine speed, the shorter the switching waiting time, and the earlier the timing (see timing t12 shown in FIG. 5) at which the
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
上記第1実施形態では、エンジン回転速度に応じて点火コイル26の一次コイル26aにAC放電電流又はDC放電電流を流した。しかしながら、エンジンの運転条件が示す着火性に応じて一次コイル26aにAC放電電流又はDC放電電流を流してもよい。
In the first embodiment, an AC discharge current or a DC discharge current is supplied to the
また、上記第2実施形態では、エンジン回転速度に基づいて切替待ち時間を設定した。しかしながら、エンジンの運転条件が示す着火性に基づいて切替待ち時間を設定するようにしてもよい。また、切替待ち時間を出荷時に設定する固定値としてもよい。この場合でも、火花放電の持続時間が異なる複数の点火装置をそれぞれ開発及び製造する場合と比較して、点火装置のコストを削減することができる。 In the second embodiment, the switching waiting time is set based on the engine speed. However, the switching waiting time may be set based on the ignitability indicated by the engine operating conditions. Further, the switching waiting time may be a fixed value set at the time of shipment. Even in this case, the cost of the ignition device can be reduced as compared with the case where a plurality of ignition devices having different durations of spark discharge are respectively developed and manufactured.
上記第1、第2実施形態では、第1スイッチング部を充放電制御用サイリスタ25及びダイオード25により構成したが、これらの素子に替えて双方向形のスイッチング素子を用いてもよい。また、第2スイッチング部を放電切替用サイリスタ27により構成したが、第2実施形態では放電切替用サイリスタ27に替えて双方向形のスイッチング素子を用いてもよい。
In the first and second embodiments, the first switching unit is configured by the charge /
10…点火装置、11…交流発電機、12…AC−DCコンバータ、13…バッテリ、15…DC−DCコンバータ(充電回路)、20…制御回路(制御手段)、23…点火回路、24…点火用コンデンサ、25…充放電制御用サイリスタ(第1スイッチング部)、26…点火コイル、26a…一次コイル、26b…二次コイル、27…放電切替用サイリスタ(第2スイッチング部)、28…ダイオード(第1スイッチング部)、30…点火プラグ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記点火用コンデンサを充電する充電回路とを備え、
前記第1スイッチング部を閉状態にして前記点火用コンデンサを放電させることにより、前記点火コイルの一次コイルに放電電流を流し、同点火コイルの二次コイルに点火用電圧を発生させるコンデンサ放電式の点火装置において、
前記一次コイルの両端に接続され、その両端の接続を開閉することで前記一次コイルに交流又は直流の放電電流を流す第2スイッチング部を設け、
前記点火用コンデンサの放電開始から所定時間が経過するまで前記第2スイッチング部を開状態とし、前記所定時間の経過時に前記第2スイッチング部を閉状態とする制御手段を備えることを特徴とする内燃機関用の点火装置。 An ignition coil, an ignition capacitor connected in series to a primary coil of the ignition coil, and a first switching that opens and closes a discharge path of the ignition capacitor connected to both ends of a series circuit including the primary coil and the ignition capacitor An ignition circuit having a portion;
A charging circuit for charging the ignition capacitor;
By discharging the ignition capacitor with the first switching unit closed, a discharge current is passed through the primary coil of the ignition coil, and an ignition voltage is generated in the secondary coil of the ignition coil. In the ignition device,
A second switching unit is provided that is connected to both ends of the primary coil, and opens or closes the connection of the both ends to flow an AC or DC discharge current to the primary coil .
An internal combustion engine comprising: a control unit that opens the second switching unit until a predetermined time elapses from the start of discharge of the ignition capacitor, and closes the second switching unit when the predetermined time elapses. Ignition system for engines.
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