JP4911177B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の点火装置に係り、特に1回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせるものに関するものである。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, and more particularly to an ignition device that causes ignition discharge to occur multiple times within a single combustion stroke.
内燃機関の燃焼状態を良好なものにするために、1回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせる、いわゆる多重放電点火装置が提案されている。
例えば、特許文献1には、エネルギ蓄積コイルとエネルギ蓄積コイルに接続された第1のスイッチ手段とが設けられ、点火コイルの1次側コイルにエネルギ蓄積コイルと点火開始用コンデンサ、及び第2のスイッチ手段が接続されるとともに、点火コイルの2次側コイルに点火プラグが接続される構成が開示されている。
In order to improve the combustion state of an internal combustion engine, a so-called multiple discharge ignition device has been proposed in which ignition discharge is generated a plurality of times in a spark plug within one combustion stroke.
For example,
そして、第1及び第2のスイッチ手段を交互にオン/オフすることにより、エネルギ蓄積コイルのエネルギの蓄積と放出とが繰返し行われるとともに、点火コイルの2次側に正負に極性の反転する電流(以下、放電電流と呼ぶ)が繰返し流れて多重放電が行われる。この多重放電に際し、電流検出手段により検出した放電電流の絶対値が所定の放電維持電流にまで低減するたびに第1及び第2のスイッチ手段のオン/オフ切り替えを実施することにより、所定期間にわたる多重放電を継続しようとするものである(例えば、特許文献1参照)。 Then, by alternately turning on and off the first and second switch means, the energy storage coil repeatedly stores and releases energy, and the current whose polarity reverses positively and negatively on the secondary side of the ignition coil. (Hereinafter referred to as discharge current) repeatedly flows, and multiple discharge is performed. In this multiple discharge, each time the absolute value of the discharge current detected by the current detection means is reduced to a predetermined discharge sustaining current, the first and second switch means are switched on / off, thereby allowing a predetermined period of time. The multiple discharge is to be continued (for example, see Patent Document 1).
点火プラグでの放電により燃料ガスに付与される放電エネルギは、放電電流と点火プラグのギャップ電圧との積の時間積分値であるが、燃料の圧縮比と点火プラグの放電ギャップ長を一定に保てば放電期間中のギャップ電圧はほぼ一定となるため、結局放電エネルギは放電電流の積分値の絶対値に比例することとなる。前述のとおり、放電電流は正負に極性が反転して多重放電が維持されるが、内燃機関において多重放電期間中の燃料の燃焼を安定にするには、正負各極性の状態における燃料ガスに付与される放電エネルギの時間的な変動を小さくしなければならない。すなわち、放電電流の積分値の絶対値を正極性、負極性の各々の期間においてバランスさせることが重要である。 The discharge energy imparted to the fuel gas by the discharge at the spark plug is the time integral value of the product of the discharge current and the spark plug gap voltage, but the fuel compression ratio and the spark plug discharge gap length are kept constant. In this case, the gap voltage during the discharge period is substantially constant, so that the discharge energy is proportional to the absolute value of the integrated value of the discharge current. As described above, the polarity of the discharge current is reversed between positive and negative and multiple discharge is maintained. In order to stabilize the combustion of fuel during the multiple discharge period in the internal combustion engine, it is applied to the fuel gas in the state of positive and negative polarities. The temporal variation of the discharge energy generated must be reduced. That is, it is important to balance the absolute value of the integrated value of the discharge current in each of the positive polarity and negative polarity periods.
放電電流は点火開始用コンデンサと点火コイルの漏れインダクタンスの共振により、高調波のサージ電流が重畳した共振波形となっている。従来の点火装置においては、放電電流の瞬時値のみを観測して第1及び第2のスイッチ手段のオン/オフ切り替えを行っていたため、上記サージ電流の影響で放電電流の絶対値が一瞬でも放電維持電流を下回った場合には、放電電流の極性が反転してしまうこととなり、正極側と負極側の放電エネルギが著しく非対称になり放電エネルギが時間的に大きく変動する場合もあり、内燃機関において安定した燃焼を実現できないという問題があった。 The discharge current has a resonance waveform in which harmonic surge current is superimposed due to resonance of leakage inductance between the ignition start capacitor and the ignition coil. In the conventional ignition device, since only the instantaneous value of the discharge current is observed and the first and second switch means are switched on / off, the absolute value of the discharge current is discharged even for a moment due to the influence of the surge current. When the current is lower than the sustain current, the polarity of the discharge current is reversed, the discharge energy on the positive electrode side and the negative electrode side is significantly asymmetric, and the discharge energy may fluctuate greatly in time. There was a problem that stable combustion could not be realized.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、点火コイルの2次側電流に高調波のサージ電流が重畳した共振波形であっても、多重放電期間中に安定した燃焼を実現することができる内燃機関の点火装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and realizes stable combustion during a multiple discharge period even in a resonance waveform in which a harmonic surge current is superimposed on a secondary side current of an ignition coil. An object of the present invention is to provide an ignition device for an internal combustion engine.
この発明に係る内燃機関の点火装置は、2次側に点火プラグが接続された点火コイルと、前記点火プラグに流れる電流を測定する電流検出手段と、前記点火コイルの1次側の一端と直流電源の間に設けられたエネルギ蓄積コイルと、前記一端とアース間に設けられた第1のスイッチ手段と、前記点火コイルの1次側に接続された第2のスイッチ手段と、燃焼行程において前記電流検出手段で測定された電流信号が正極性となるフライバック期間と負極性となるフォワード期間が交互に現れるように、前記第1のスイッチ手段と前記第2のスイッチ手段のオン/オフ制御を行う制御手段とを備えた内燃機関の点火装置であって、前記制御手段は、前記フライバック期間と前記フォワード期間との和を周期とし、前記フライバック期間の前記電流信号の積分値の絶対値が前記フォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも大きい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を長く、且つフォワード期間を短くするように制御し、前記フライバック期間の前記電流信号の積分値の絶対値が前記フォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも小さい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を短く、且つフォワード期間を長くするように制御し、前記周期を固定値とするように制御することを特徴とする。
Ignition system for an internal combustion engine according to the present invention, DC and ignition coil spark plug is connected to the secondary side, current detection means for measuring a current flowing through the spark plug, and one end of the primary side of the ignition coil and power energy storage coil provided between a first switch means provided between the one end and the ground, a second switch means connected to the primary side of the ignition coil, it said in a combustion stroke forward period measured current signal by the current detection means becomes a positive polarity and comprising a fly-back period and a negative polarity to appear alternately, and the first switching means on / off control of the second switch means a ignition device for an internal combustion engine and a control means for performing, the control means, the sum of the forward period and the flyback period and period, the current of the flyback period When the absolute value of the integral value of the signal is larger than the absolute value of the integral value of the current signal in the forward period, the flyback period of the next combustion stroke is controlled to be long and the forward period is shortened, When the absolute value of the integral value of the current signal in the flyback period is smaller than the absolute value of the integral value of the current signal in the forward period, the flyback period of the next combustion stroke is shortened and the forward period is Control is made to be long, and the period is controlled to be a fixed value .
この発明に係る内燃機関の点火装置によると、フライバック期間とフォワード期間における放電電流の各積分値の絶対値の差を小さくする、すなわち両期間における燃料ガスに付与される放電エネルギの時間的変動を小さくするように第1と第2のスイッチ手段を制御することができるため、多重放電期間中に安定した燃焼を実現することができる。 According to the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the difference between the absolute values of the integral values of the discharge current in the flyback period and the forward period is reduced, that is, the temporal fluctuation of the discharge energy applied to the fuel gas in both periods Since the first and second switch means can be controlled so as to reduce the above, stable combustion can be realized during the multiple discharge period.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における内燃機関の点火装置の構成を示す図である。
本図において、バッテリやDC/DCコンバータなどの直流電源1には、エネルギ蓄積コイル2の一端が接続されており、このエネルギ蓄積コイル2の他端には、第1のスイッチ手段3が接続されている。エネルギ蓄積コイル2のこの他端には、さらにダイオード4を介して点火コイル5の1次側の一端からの配線も接続されており、点火コイル5の1次側の一端には点火開始用コンデンサ6の一端も接続され、点火開始用コンデンサ6の他端はアースに接続されている。また、点火コイル5の1次側の他端には、第2のスイッチ手段7が接続されているが、この第2のスイッチ手段7は点火コイル5の1次側の一端とダイオード4間に直列に接続されるものであってもよい。ここで第1のスイッチ手段3、第2のスイッチ手段7には、IGBTやFET、バイポーラトランジスタなどが使用可能である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ignition device for an internal combustion engine according to
In this figure, one end of an
点火コイル5の2次側の一端には点火プラグ8が、他端には電流検出手段9が接続されている。電流検出手段9は、点火コイル5の2次側に流れる電流、すなわち点火プラグ8に流れる放電電流I0を検出するためのものであり、電流検出抵抗や、ホール素子を用いた電流検出器、カレントトランスなどを用いることができる。
A
制御手段10は、図示しない電子制御ユニット(ECU)などの外部回路より入力される点火指令信号(Cont1、Cont2)、多重放電信号(Cont3)や、電流検出手段9から出力される点火コイル5の2次側の放電電流信号に基づき、第1のスイッチ手段3及び第2のスイッチ手段7のオン/オフのタイミングを制御している。点火指令信号は、複数の信号線、又は1本の信号線により制御手段10に対して入力され、点火準備信号Cont1及び点火期間信号Cont2が含まれる。 The control means 10 includes an ignition command signal (Cont1, Cont2), a multiple discharge signal (Cont3) input from an external circuit such as an electronic control unit (ECU) (not shown), and an ignition coil 5 output from the current detection means 9. Based on the discharge current signal on the secondary side, the ON / OFF timing of the first switch means 3 and the second switch means 7 is controlled. The ignition command signal is input to the control means 10 via a plurality of signal lines or one signal line, and includes an ignition preparation signal Cont1 and an ignition period signal Cont2.
この制御手段10は、電流検出手段9より入力された電流信号を積分する積分器11、この積分結果に対してPI制御等を行って値を調節する調節器12、三角波等のキャリア信号を発生するキャリア信号発生器13、キャリア信号発生器13からのキャリア信号と調節器12からの信号を比較して多重放電期間における第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7のオン/オフのタイミング信号を生成するPWM(Pulse Width Modulation)コンパレータ14、及びPWMコンパレータ14で生成されたタイミング信号を点火準備信号Cont1、点火期間信号Cont2、及び多重放電信号Cont3に従って、第1のスイッチ手段3及び第2のスイッチ手段7に出力するタイミング制御回路15より構成される。
The control means 10 generates an
次に、図1に示した回路における各部の基本的な動作について、図2に示す点火動作全体の動作シーケンスに基づき説明する。
このグラフにおいて、GS1、GS2は、タイミング制御回路15で生成された第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7のオン/オフを制御するゲート信号であり、VCは点火開始用コンデンサ6の充電電圧、ILはエネルギ蓄積コイルに流れる電流、IT1は点火トランス5の1次側電流、I0は放電電流を各々示す。
Next, the basic operation of each part in the circuit shown in FIG. 1 will be described based on the operation sequence of the entire ignition operation shown in FIG.
In this graph, GS1, GS2 is the gate signal for controlling the first switching means 3 and the on / off the second switch means 7, which is generated by the
点火開始用コンデンサ6は初期状態(時刻t1)において、電圧VC1が充電されているとする。時刻t1にて点火準備信号Cont1が立ち上がると、GS1がオンとなるが、GS2はオフのままを保つ。直流電源1の電圧が、エネルギ蓄積コイル2の両端に印加されることになるため、エネルギ蓄積コイル2の電流IL、及びこれに蓄えられるエネルギ(エネルギ蓄積コイルのインダクタンスをLeとすると、1/2Le・IL 2)が増大する。
It is assumed that the
時刻t2にて、点火準備信号Cont1が立ち下がり、点火期間信号Cont2が立ち上がると、第1のスイッチ手段3(GS1)がオフ、第2のスイッチ手段7(GS2)がオンすることにより、点火開始用コンデンサ4の初期電圧VC1が点火コイル5の1次側に印加され、同時に2次側にも高電圧が発生する。これによって、点火プラグ8に高電圧が印加され、点火放電が開始する。
At time t2, when the ignition preparation signal Cont1 falls and the ignition period signal Cont2 rises, the first switch means 3 (GS1) is turned off and the second switch means 7 (GS2) is turned on to start ignition. The initial voltage V C1 of the capacitor 4 is applied to the primary side of the ignition coil 5 and at the same time a high voltage is generated on the secondary side. As a result, a high voltage is applied to the
例えば、点火開始コンデンサ6の初期電圧をVC1=300V、点火コイル5の1次側巻数をNp、2次側巻数をNsとし、巻数比Nr=Ns/Np=100とすると、点火コイル5の2次側に30kVの電圧を発生させることができる。実際には、点火コイル5の漏れインダクタンスと浮遊静電容量によるLC共振により、点火プラグ8にはさらに高い、35〜40kVの電圧が瞬間的に印加されることとなる。この電圧を利用して、点火プラグ8において点火放電を開始させることができる。
For example, if the initial voltage of the
点火開始コンデンサ6からの放電に引き続いて、エネルギ蓄積コイル2に流れていた電流ILが点火コイル5の1次側に流れるようになると、点火コイル5をトランスの等価回路で表現した場合における励磁インダクタンスLPに電流IPが蓄積されると共に、点火コイル5の2次側には
(IL−IP)/Nr (式1)
の電流を流すことができる。上記のように励磁インダクタンスLPに電流IPを蓄積する動作のことをフォワード動作と呼び、このフォワード動作を行う期間のことを「フォワード期間」と呼ぶ。
Following the discharge from the start of
Current can flow. It is called a forward operation to a operation of accumulating current I P to the exciting inductance L P as described above, that the period for the forward operation is called "forward period".
ここでエネルギ蓄積コイル2に流れる電流ILの変化は、その両端に印加されるVLとすると、dIL/dt=VL/Leで表されるが、Leを十分に大きくすることにより、頻繁に極性が反転するIT1と比較して、電流ILの変化を十分小さくすることができる。すなわち、エネルギ蓄積コイル2、第1のスイッチ手段3、ダイオード4による回路は定電流特性を有し、断続的に出力可能な電流源と見なすことができる。
Here, the change of the current I L flowing through the
前述のとおり、励磁インダクタンスLPにエネルギ蓄積コイル2からの電流ILが流れ込むことによりIPは緩やかに増大し、前述のとおりILはほぼ一定と見なすことができるため、(式1)に従って、点火コイル5の2次側に接続された点火プラグ8には緩やかに減少する所定の放電電流I0を流すことができる。ここで、放電を開始した後の点火プラグ8には、燃料の圧縮比と点火プラグの放電ギャップ長で決まるほぼ一定電圧(典型的には1kV程度)が印加されることとなる。
As described above, since the magnetizing inductance L P I P is gradually increased by flowing a current I L from the
時刻t2からt3までの期間にエネルギ蓄積コイル2のエネルギが放出され、エネルギ蓄積コイル2の電流ILは徐々に減少する。放出されたエネルギは、点火プラグ8における放電エネルギとして使用されるほか、点火コイル5の励磁インダクタンスLPの励磁エネルギとして蓄積され、また、一部は回路の寄生抵抗成分によって消費される。
時刻t3のタイミングは、多重放電期間信号Cont3が立ち上がる時刻となるが、このCont3はECUなど外部回路から与えてもよいし、タイミング制御回路15で生成してもよい。タイミング制御回路15で生成する場合、時刻t2から時刻t3までの時間を、あらかじめ定められた所定の時間としてもよいし、放電電流I0を測定して、その絶対値が所定の値まで下がった時刻をt3と定めてもよい。
Energy of the
The timing at time t3 is the time at which the multiple discharge period signal Cont3 rises. This Cont3 may be given from an external circuit such as an ECU, or may be generated by the
時刻t3にて、第1のスイッチ手段3(GS1)をオン、第2のスイッチ手段7(GS2)をオフすることにより、再びエネルギ蓄積コイル2にエネルギを蓄積する。このとき、点火コイル5の1次側電流IT1が遮断されるので、点火コイル5の励磁インダクタンスLpに流れていた励磁電流IPは、2次側巻線から出力され、点火プラグ8には、t2〜t3の期間に流れていた電流とは逆極性の電流I0が流れる。
このときの電流値は、励磁電流の2次側換算値、すなわち
−(IL−IP)/Nr (式2)
である。ここで点火コイル5の動作に着目し、t3〜t4の期間は点火コイル5の励磁インダクタンスLPに蓄積された励磁電流IPを放出する、いわゆるフライバック動作を行う期間であるので、「フライバック期間」と呼ぶこととする。
At time t3, the first switch means 3 (GS1) is turned on and the second switch means 7 (GS2) is turned off, so that energy is stored in the
Current value, the secondary side converted value of the exciting current at this time, i.e. - (I L -I P) / Nr ( Equation 2)
It is. Here focusing on operation of the ignition coil 5, the period of t3~t4 emits excitation current I P stored in the exciting inductance L P of the ignition coil 5, because a period of performing a so-called fly-back operation, "Fly This is referred to as “back period”.
時刻t4にて、第1のスイッチ手段3(GS1)をオフ、第2のスイッチ手段7(GS2)をオンすることにより、時刻t4〜t5では時刻t2〜t3の期間におけるフォワード動作と同じ動作が行われる。ただし、点火開始用コンデンサ6は既に放電されているため、t2〜t3の期間とは異なり、点火プラグ8に高電圧を印加する動作は行われない。時刻t5にて、第1のスイッチ手段3(GS1)をオン、第2のスイッチ手段7(GS2)をオフすることにより、時刻t5〜t6では時刻t3〜t4の期間におけるフライバック動作と同じ動作が行われる。時刻t6以降についても、同様である。
By turning off the first switch means 3 (GS1) and turning on the second switch means 7 (GS2) at time t4, the same operation as the forward operation in the period from time t2 to t3 is performed at time t4 to t5. Done. However, since the
以上のように、多重放電期間とは、第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7を交互にオン/オフすることにより、点火コイル5の2次側に極性の反転する放電電流I0を連続して流し、点火プラグ8に放電エネルギを供給する期間のことである。ただし、前述のとおり放電開始直後のt2〜t3の期間は点火開始用コンデンサ6の放電の影響により、他のフォワード区間とI0の波形が異なるためこの部分は除外し、図2においてはt3〜t9までの区間を多重放電期間と呼び、この期間に多重放電信号Cont3はオン状態となっている。
As described above, the multiple discharge period is the discharge current I 0 whose polarity is reversed to the secondary side of the ignition coil 5 by alternately turning on / off the first switch means 3 and the second switch means 7. Is a period during which the discharge energy is supplied to the
時刻t9〜t10の期間に、エネルギ蓄積コイル2の電流ILは増大しエネルギが蓄積される。時刻t10のタイミングは、点火期間信号Cont2が立ち下がる時刻となるが、時刻t9〜t10の時間をあらかじめ定められた所定の時間としても良いし、エネルギ蓄積コイル2に流れる電流ILを検出して、所定の値までILが低下する時刻をt10として定めても良い。
During the time period from t9 to t10, current I L of the
時刻t10にて、エネルギ蓄積コイル2へのエネルギの蓄積が終了し、第1のスイッチ手段3(GS1)、第2のスイッチ手段7(GS2)ともにオフする。すると、エネルギ蓄積コイル2に蓄積されたエネルギが、点火開始用コンデンサ6に流れ込み、点火開始用コンデンサ6が初期電圧と同じ値(VC1)に充電され、燃焼行程における一連の動作が完結する。
At time t10, energy storage in the
次に、フライバック期間に点火プラグ8に供給される放電エネルギと、フォワード期間に点火プラグ8に供給される放電エネルギとの差を小さくする制御方法について説明する。
多重放電期間中は、前述のとおり点火コイル5の2次側にはフライバック期間とフォワード期間とで極性反転する放電電流I0が流れ、点火プラグ8に放電エネルギを供給している。先に説明した通り、燃料の圧縮比と点火プラグ8の放電ギャップ長を一定に保てば、放電開始後の点火プラグ8に発生する電圧を一定に保つことができるため、フライバック期間に流れる正極性の放電電流の積分値の絶対値とフォワード期間に流れる負極性の放電電流の積分値の絶対値との差を小さくすることができれば、両期間における放電エネルギの差も小さくすることができる。このことにより、両期間における燃料ガスに付与される放電エネルギの時間的変動を小さくでき、多重放電期間中に安定した燃焼を実現することができる。
Next, a control method for reducing the difference between the discharge energy supplied to the
During the multiple discharge period, as described above, the discharge current I 0 whose polarity is inverted between the flyback period and the forward period flows on the secondary side of the ignition coil 5, and discharge energy is supplied to the
そこで、まず電流検出手段9により、多重放電期間中の点火プラグ8に流れる放電電流I0を測定する。
電流信号は積分器11に送られ多重期間信号Cont3がオンとなっている期間中のみ積分を行う。フライバック期間とフォワード期間の各々の期間における電流は互いに逆極性であるため、この積分により両期間における電流積分値の絶対値の差を得ることができる。積分器11にはオペアンプで構成した積分回路とホールド回路を組み合わせたものや、ロジック回路やマイクロプロセッサを用いCont3信号がオンとなっている期間のみ電流信号を加算する方式のものなどを用いることができる。
Therefore, first, the current detection means 9 measures the discharge current I 0 flowing through the
The current signal is sent to the
ある燃焼行程において求められたフライバック期間とフォワード期間の各期間における電流積分値の絶対値の差分に基づいて、次の燃焼行程における電流積分値の絶対値の差分が前の燃焼行程におけるものより小さくなるようにフライバック期間とフォワード期間の各タイミングを定めることができるように、制御手段10はフィードバック制御系として構成されている。
積分器11による積分結果は調節器12に送出されるが、この調整器12においては、上記フィードバック制御系において複数回の燃焼行程を経るにつれて電流積分値の絶対値の差分が安定的に収束するように、制御系のタイプ(比例[P]/積分[I]/微分[D])の選定又は組み合わせ、及びこの制御系における各制御定数(ゲイン、時定数)が適宜定められたものが用いられる。
Based on the difference in absolute value of the current integral value in each period of the flyback period and forward period obtained in a certain combustion stroke, the difference in absolute value of the current integral value in the next combustion stroke is greater than that in the previous combustion stroke. The control means 10 is configured as a feedback control system so that each timing of the flyback period and the forward period can be determined so as to be reduced.
The integration result by the
上記調整器12からの出力信号はキャリア信号発生器13から出力されるキャリア信号とPWMコンパレータ14において比較され、多重放電期間中における第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7のオン/オフのタイミングが定められる。タイミングの定め方については、以下に説明する。
The output signal from the
図3に放電電流I0の大きさと、フライバック期間及びフォワード期間の長さとの関係を示す。ここで、フライバック期間1回分の時間をTBとフォワード期間1回分の時間をTFとしたとき、周期TをT=TB+TFにより定義しこれを固定値とする。更にデューティDをD=TF/Tと定義する。
例えば図3の(b)に示すように、D=50%にて多重放電させた時に、期間TBの電流積分値の絶対値の総和と期間TFの電流積分値の絶対値の総和が等しかったとする。この条件から、図3の(a)のようにTFの長さを長く、すなわちデューティDを上げると、期間TFにおけるエネルギ蓄積コイル2から励磁インダクタンスLPに流れ込む電流が増え、点火コイル5に蓄えられるエネルギが増加するため、次の期間TBの電流I0のピーク値は大きくなる。一方、周期Tが固定されているためTFが長くなった分TBは短くなり、その間に点火コイル5で減少する電流量も小さくなるので、次の期間TFにおける電流I0のピーク値は小さくなる。
FIG. 3 shows the relationship between the magnitude of the discharge current I 0 and the lengths of the flyback period and the forward period. Here, when the flyback period one cycle time T B and the forward period batch of time was T F, the period T defined by T = T B + T F a fixed value it. Further, the duty D is defined as D = TF / T.
For example, as shown in (b) of FIG. 3, when obtained by multiple discharge at D = 50%, the sum of the absolute value of the current integral of the absolute value of the sum and the period T F of current integral period T B Suppose they were equal. From this condition, increase the length of the T F as in FIG. 3 (a), i.e. increasing the duty D, more current flows from the
図3の(c)に示すように、TFの長さを短く、すなわちデューティDを小さくすると、前述とは逆の結果になる。
すなわち、負極性の電流I0による放電エネルギ(フォワード期間のエネルギ)を増大させたい時は、デューティ(フォワード期間の割合)を増やすのではなく、逆に減らさなければならないことを見出した。
As shown in FIG. 3C, when the length of TF is shortened, that is, when the duty D is decreased, the opposite result is obtained.
That is, it has been found that when it is desired to increase the discharge energy (energy in the forward period) due to the negative polarity current I 0 , the duty (ratio of the forward period) must be decreased rather than increased.
上記知見に基づき、本発明においては下記のとおりフライバック期間とフォワード期間とを定めるように制御する。
例えば、フォワード期間の電流積分値の絶対値がフライバック期間の電流積分値の絶対値よりも大きかった場合、すなわち積分器11からの出力が負である場合には、次の燃焼行程において両積分値の差が小さくなるようにデューティを上げ、フォワード期間が長くなるようにタイミングを設定する。
逆にフォワード期間の電流積分値の絶対値がフライバック期間の電流積分値の絶対値よりも小さかった場合、すなわち積分器11からの出力が正である場合には、次の燃焼行程において両積分値の差が小さくなるようにデューティを下げ、フォワード期間が短くなるようにタイミングを設定する。
Based on the above knowledge, in the present invention, the flyback period and the forward period are controlled as follows.
For example, when the absolute value of the current integral value in the forward period is larger than the absolute value of the current integral value in the flyback period, that is, when the output from the
Conversely, when the absolute value of the current integral value in the forward period is smaller than the absolute value of the current integral value in the flyback period, that is, when the output from the
タイミング制御回路15では、点火指令信号(Cont1、Cont2)、多重放電信号Cont3、及びPWMコンパレータ14の出力に基づいて、全期間における第1のスイッチ手段3、第2のスイッチ手段7のオン/オフのタイミング信号を生成し、各スイッチにゲート信号GS1、GS2を送出する。
In the
上記に示した手順により、フライバック期間とフォワード期間を定めることにより、燃焼行程を繰り返せば両期間における電流積分値の絶対値の差を小さい値に収束できるが、エンジン始動時にはこのような繰り返し制御を経ていないため、両期間は最適化されていない。そこでまずはデューティを50%としておくことにより、両期間における電流積分値の絶対値の差を比較的小さいものとすることができる。
あるいは、制御回路10に備えた不揮発性のメモリまたは電子制御ユニット(ECU)などの外部回路にエンジン動作時または停止直前のデューティ情報を記録しておき、一度エンジンを停止した後、再度エンジンを始動させる際に、記録したデューティを読み出して初期値として利用しても良い。このようにデューティの初期値を設定することにより、エンジンスタート直後からすぐに燃焼を安定化させることが可能となる。
By defining the flyback period and the forward period according to the procedure described above, the difference between the absolute values of the current integral values in both periods can be converged to a small value by repeating the combustion stroke. Both periods have not been optimized. Therefore, by first setting the duty to 50%, the difference between the absolute values of the current integrated values in both periods can be made relatively small.
Alternatively, duty information at the time of engine operation or immediately before stopping is recorded in an external circuit such as a non-volatile memory provided in the control circuit 10 or an electronic control unit (ECU), the engine is stopped once, and then the engine is started again. In this case, the recorded duty may be read and used as an initial value. By setting the initial value of the duty in this way, combustion can be stabilized immediately after the engine is started.
以上のように、点火コイル5の2次側電流についてフライバック期間とフォワード期間の各期間における電流積分値の絶対値の差に基づいて、次の燃焼行程においてこの差が小さくなるように第1のスイッチ手段3と第2のスイッチ手段7のタイミングを制御することにより、両期間における燃料ガスに付与される放電エネルギの時間的変動を小さくでき、多重放電期間中に安定した燃焼を実現することができる。 As described above, based on the difference between the absolute values of the current integration values in the flyback period and the forward period for the secondary side current of the ignition coil 5, the first current is set so that this difference is reduced in the next combustion stroke. By controlling the timing of the switch means 3 and the second switch means 7, the temporal variation of the discharge energy applied to the fuel gas in both periods can be reduced, and stable combustion can be realized during the multiple discharge periods. Can do.
実施の形態2.
図4は本発明の実施の形態2における内燃機関の点火装置の構成を示す。実施の形態1との相違点は、制御手段16において、極性分離回路17を設け電流検出手段9から入力された電流信号を正極性と負極性に分離を行い、積分器18を正極性(フライバック期間)用のものと負極性(フォワード期間)用のものと2回路有するものとし、この積分器18からの2つの出力が入力され、フライバック期間とフォワード期間における電流積分値の絶対値の差を求める比較器19を設け、調整器20においては各電流積分値の絶対値の差だけでなく、各電流積分値そのものも用いて各制御定数を定めるようにした点である。
その他の構成、及び動作については、実施の形態1と同じであるため説明を省略する。
FIG. 4 shows the configuration of an ignition device for an internal combustion engine according to
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
本実施の形態によるとフライバック期間、フォワード期間の両積分値に対する両期間の積分値の絶対値の差の比率を把握でき、これに基いて調整器20においてより適切に制御定数を定めることができるため、実施の形態1と同じ効果を奏することに加えて、実施の形態1に比較して制御系の収束安定性を高める、又は収束速度を速めることができるという効果がある。
According to the present embodiment, it is possible to grasp the ratio of the difference between the absolute values of the integral values of both periods with respect to the integral values of the flyback period and the forward period, and based on this, the
実施の形態3.
1回の燃焼行程内で点火プラグに点火放電を複数回生じさせる多重放電型点火装置においては、トータルの放電エネルギが小さすぎると点火が起こらない、又は安定的に点火が継続しないという問題があり、逆に大きすぎると放電エネルギの無駄になり、点火プラグに与えるダメージも大きくなることになることから、放電エネルギには最適値が存在する。
点火装置を設けたエンジンの燃焼試験において、エンジン回転速度、アクセル操作量に対して、多重放電期間の長さを変化させながら燃焼室内における燃焼状況を観察し、適正な燃焼状態が確保できる最低限の放電エネルギを実験的に求めることにより、上記放電エネルギの最適値を得ることができる。
In a multiple discharge type ignition device in which an ignition discharge is generated multiple times in a single combustion stroke, there is a problem in that ignition does not occur or ignition does not continue stably if the total discharge energy is too small. On the other hand, if it is too large, the discharge energy is wasted and the damage to the spark plug is increased, so that there is an optimum value for the discharge energy.
In a combustion test of an engine equipped with an ignition device, the combustion state in the combustion chamber is observed while changing the length of the multiple discharge period with respect to the engine speed and the amount of accelerator operation, and the minimum combustion state can be ensured. The optimum value of the discharge energy can be obtained by experimentally determining the discharge energy.
そこで、本実施の形態3においては、電子制御ユニット(ECU)などの外部回路に、あらかじめエンジンの回転速度やアクセル操作量に対応した最適放電エネルギの値を記録しておき、実際のエンジン回転速度やアクセル操作量に基づいて、放電エネルギが最適値となるように多重放電期間の長さを調節することとした。 Therefore, in the third embodiment, the value of the optimum discharge energy corresponding to the engine speed and the accelerator operation amount is recorded in advance in an external circuit such as an electronic control unit (ECU), and the actual engine speed. Based on the amount of accelerator operation, the length of the multiple discharge period is adjusted so that the discharge energy becomes an optimum value.
図5は本発明の実施の形態3における内燃機関の点火装置の構成を示す。実施の形態2との相違点は、制御手段21において、フライバック期間とフォワード期間における電流積分値の絶対値の総和を求める加算器22を設け、ECU23で求められた放電エネルギ最適値に基づき多重放電期間を定める多重放電期間制御回路24を備えたことである。
FIG. 5 shows the configuration of an ignition device for an internal combustion engine according to
次に動作について説明する。制御手段21において、極性分離回路17で正極性と負極性に分離された電流信号を、積分器18に設けられた正極性用のものと負極性用のものと2種類の回路で積分し、この両積分値の絶対値の差、及びこの両積分値そのものに基づいて次の燃焼行程におけるフライバック期間とフォワード期間を定めるところまでは実施の形態2と同じである。このことにより燃焼行程を繰り返せばフライバック期間とフォワード期間における電流積分値の絶対値の差を小さい値に収束させることができる。
Next, the operation will be described. In the control means 21, the current signal separated into the positive polarity and the negative polarity by the
本実施の形態では、両積分値の絶対値の総和も加算器22において求める。ECU23には、エンジンの燃焼行程1サイクル(t1〜t10)が終了した時刻t10におけるエンジン回転速度とアクセル操作量が入力される。ECU23には前述した実験により求められたエンジン回転速度やアクセル操作量に対する放電エネルギ最適値のデータベースが備えられているため、これを用いて放電エネルギ最適値、すなわち電流積分値の絶対値の総和の最適値(以下、最適電流積分値とする)が求められ、多重放電期間制御回路24に送出される。
In the present embodiment, the sum of absolute values of both integral values is also obtained by the
次の燃焼行程が開始するまでに、多重放電期間制御回路24ではECU23から入力された最適電流積分値と、加算器22から入力された前の燃焼行程における電流積分値の絶対値の総和とが比較され、後者の値が前者の値に近くなるように多重放電信号の長さを調整する。例えば、加算器22から入力された信号の方が、ECU23から入力された最適電流積分値よりも小さい場合には、多重放電回数が不足しているということであるから、多重放電制御回路24は多重放電期間を長くするように多重放電信号Cont3を変更する。逆に、加算器22から入力された信号の方が、ECU23から入力された最適電流積分値よりも大きい場合には、多重放電回数が過剰であるということであるから、多重放電制御回路24は多重放電期間を短くするように多重放電信号Cont3を変更する。
Until the next combustion stroke starts, the multiple discharge
以上、本実施の形態によると実施の形態1及び2に示したのと同じ効果を奏することに加えて、エンジン回転速度やアクセル操作量に応じた最適な放電エネルギを点火プラグに供給することができるため、点火回路における消費電力を低減できると同時に点火プラグの磨耗を防ぐという効果を奏する。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those shown in the first and second embodiments, optimum discharge energy corresponding to the engine speed and the accelerator operation amount can be supplied to the spark plug. Therefore, the power consumption in the ignition circuit can be reduced, and at the same time, the spark plug can be prevented from being worn.
1 直流電源
2 エネルギ蓄積コイル
3 第1のスイッチ手段
5 点火コイル
7 第2のスイッチ手段
8 点火プラグ
9 電流検出手段
10 制御手段
16 制御手段
17 極性分離回路
18 積分器
19 比較器
21 制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記点火プラグに流れる電流を測定する電流検出手段と、
前記点火コイルの1次側の一端と直流電源の間に設けられたエネルギ蓄積コイルと、
前記一端とアース間に設けられた第1のスイッチ手段と、
前記点火コイルの1次側に接続された第2のスイッチ手段と、
燃焼行程において前記電流検出手段で測定された電流信号が正極性となるフライバック期間と負極性となるフォワード期間が交互に現れるように、前記第1のスイッチ手段と前記第2のスイッチ手段のオン/オフ制御を行う制御手段と
を備えた内燃機関の点火装置であって、
前記制御手段は、
前記フライバック期間と前記フォワード期間との和を周期とし、
前記フライバック期間の前記電流信号の積分値の絶対値が前記フォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも大きい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を長く、且つフォワード期間を短くするように制御し、
前記フライバック期間の前記電流信号の積分値の絶対値が前記フォワード期間の前記電流信号の積分値の絶対値よりも小さい場合には、次の燃焼行程のフライバック期間を短く、且つフォワード期間を長くするように制御し、
前記周期を固定値とするように制御することを特徴とする
内燃機関の点火装置。 An ignition coil having a spark plug connected to the secondary side;
Current detecting means for measuring a current flowing through the spark plug;
An energy storage coil provided between one end of the primary side of the ignition coil and a DC power source;
First switch means provided between the one end and the ground;
Second switch means connected to the primary side of the ignition coil;
The first switch means and the second switch means are turned on so that the flyback period in which the current signal measured by the current detection means in the combustion stroke is positive and the forward period in which the current signal is negative appear alternately. An ignition device for an internal combustion engine comprising control means for performing off / off control,
The control means includes
The cycle is the sum of the flyback period and the forward period,
When the absolute value of the integral value of the current signal in the flyback period is larger than the absolute value of the integral value of the current signal in the forward period, the flyback period of the next combustion stroke is lengthened and the forward period is increased. Control to shorten,
When the absolute value of the integral value of the current signal in the flyback period is smaller than the absolute value of the integral value of the current signal in the forward period, the flyback period of the next combustion stroke is shortened and the forward period is Control to be longer,
An ignition device for an internal combustion engine, wherein the cycle is controlled to be a fixed value .
フライバック期間の電流信号とフォワード期間の電流信号とに分離する極性分離回路と、
前記電流信号についての前記フライバック期間と前記フォワード期間とにおける各積分値を算出する積分器と、
前記各積分値の絶対値の差を求める比較器と、
前記各積分値と前記差に基づいて、次の燃焼行程におけるフライバック期間とフォワード期間とを定めるタイミング制御回路と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火装置。 The control means
A polarity separation circuit for separating the current signal in the flyback period and the current signal in the forward period;
An integrator for calculating each integral value in the flyback period and the forward period for the current signal;
A comparator for obtaining a difference between absolute values of the integrated values;
A timing control circuit for determining a flyback period and a forward period in the next combustion stroke based on each integral value and the difference;
Ignition system for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that with a.
多重放電期間における電流信号の絶対値の積分値の総和と最適電流積分値との差よりも、次の燃焼行程の多重放電期間における電流信号の絶対値の積分値の総和と最適電流積分値との差の方が小さくなるように、次の燃焼行程の多重放電期間を定めることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の点火装置。 The control means
From the difference between the sum of the integral values of the current signals in the multiple discharge period and the optimum current integral value, the sum of the integral values of the current signals in the multiple discharge period of the next combustion stroke and the optimum current integral value The ignition device for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the multiple discharge period of the next combustion stroke is determined so that the difference between the two is smaller .
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