JP5255682B2 - 点火装置 - Google Patents
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Description
とは別にマイクロ波を投入する経路が必要になる点で既存の内燃機関への適用が困難である。又、内燃機関の燃焼室内は、ピストンが往復運動をしているので大きな圧力変化が繰り返して発生し、更に、放電及び燃焼によるプラズマが生成と消滅を繰り返しており、非常に不安定な状態にあるが、このような不安定な状態にある内燃機関の焼室内に、マイクロ波のような周波数の高いエネルギーを安定供給するのは、インピーダンス整合等の面で、技術的に困難であり、製品個々のマッチング面で非常に難しいといわねばならない。
間隙を介して対向する一対の電極を備え、前記一対の電極間に所定の高電圧が印加されたとき、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
エネルギーを蓄積し、前記蓄積したエネルギーを開放することにより前記所定の高電圧を発生し、前記発生した所定の高電圧を前記電極間に印加する点火コイル装置と、
直流電源から共振コイルを介して充電され得る点火コンデンサと、前記点火コンデンサと接地電位との間に接続された第1のスイッチとを有し、前記点火コイル装置に前記点火コンデンサから前記エネルギーを供給し得るエネルギー供給装置と、
前記点火コイル装置と前記エネルギー供給装置との間に接続された第2のスイッチと、
前記第1のスイッチのスイッチング動作を制御する第1の制御信号と、前記第2のスイッチのスイッチング動作を制御する第2の制御信号とを出力する制御装置と、
前記第1のスイッチのスイッチング動作に同期して内部電圧を生成する駆動回路と、
を備え、
前記第1の制御信号は、前記第1のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第1のスイッチがオンを継続する時間とを制御し、
前記第2の制御信号は、前記第2のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第2のスイッチがオンを継続する時間を制御し、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とは、前記第1のスイッチがオンのときは前記第2のスイッチがオフとなり前記第1のスイッチがオフのときは前記第2のスイッチがオンとなるように、前記対応する夫々のスイッチのスイッチング動作を制御し、
前記エネルギー供給装置は、前記第1のスイッチがオンのとき、前記共振コイルと前記点火コンデンサとによる共振により前記点火コンデンサに前記直流電源の出力電圧値よりも絶対値が大きな電圧値に充電し、
前記第2のスイッチは、前記第2の制御信号に基づいて前記駆動回路の前記内部電圧が供給され又は遮断されることによりスイッチング動作を行ない、
前記点火コイル装置は、前記第2のスイッチがオンのとき、前記充電された前記点火コンデンサから前記エネルギーの供給を受けてそのエネルギーを蓄積し、前記第2のスイッチがオフのとき、前記蓄積したエネルギーを開放して前記高電圧を発生する、
ことを特徴とする。
又、この発明による点火装置は、
間隙を介して対向する一対の電極を備え、前記一対の電極間に所定の高電圧が印加されたとき、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
エネルギーを蓄積し、前記蓄積したエネルギーを開放することにより前記所定の高電圧を発生し、前記発生した所定の高電圧を前記電極間に印加する点火コイル装置と、
直流電源から共振コイルを介して充電され得る点火コンデンサと、前記点火コンデンサと接地電位との間に接続された第1のスイッチとを有し、前記点火コイル装置に前記点火コンデンサから前記エネルギーを供給し得るエネルギー供給装置と、
前記点火コイル装置と前記エネルギー供給装置との間に接続された第2のスイッチと、
前記第1のスイッチのスイッチング動作を制御する第1の制御信号と、前記第2のスイッチのスイッチング動作を制御する第2の制御信号とを出力する制御装置と、
を備え、
前記第1の制御信号は、前記第1のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第1のスイッチがオンを継続する時間とを制御し、
前記第2の制御信号は、前記第2のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第2のスイッチがオンを継続する時間を制御し、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とは、前記第1のスイッチがオンのときは前記第2のスイッチがオフとなり前記第1のスイッチがオフのときは前記第2のスイッチがオンとなるように、前記対応する夫々のスイッチのスイッチング動作を制御し、
前記第1のスイッチは、起動時に前記オンを継続する時間を、その後に前記オンを継続する時間より長くなるように前記制御装置により制御され、
前記エネルギー供給装置は、前記第1のスイッチがオンのとき、前記共振コイルと前記点火コンデンサとによる共振により前記点火コンデンサに前記直流電源の出力電圧値よりも絶対値が大きな電圧値に充電し、
前記点火コイル装置は、前記第2のスイッチがオンのとき、前記充電された前記点火コンデンサから前記エネルギーの供給を受けてそのエネルギーを蓄積し、前記第2のスイッチがオフのとき、前記蓄積したエネルギーを開放して前記高電圧を発生する、
ことを特徴とする。
以下、この発明の実施の形態1による点火装置について、図に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1による点火装置の構成図である。図1に於いて、車両等に搭載された内燃機関(図示せず)の点火装置1は、点火プラグ101と、点火コイル装置102と、エネルギー供給装置104と、制御装置103とにより構成されている。107は、内燃機関のグランドレベルの部位(以下、GND、と称する)である。
ンバータ203と、DC/DCコンバータ203の出力により充電されるタンクコンデンサ201により構成されている。
点及び固定接点に対応する機能を備えていれば良い。又、エネルギー供給装置104と制御装置103とは、同一のパッケージ内に配置されるようにしても良い。
する。エネルギー供給装置104は、前述したように、直流電源110と、共振コイル111と、点火コンデンサ112と、第1のスイッチ113とにより構成されている。ここで、体積プラズマを発生するために必要な条件は、点火プラグ101の電極間に於ける交流電界の単位時間辺りの変動量が大きいこと、及び、寿命の長いプラズマの発生が可能であること、の2つであると考えられる。この2つの条件は、通常時より交流電界を与える周波数が高いこと及び放電電流が大きいこと、と言い換えることができる。
せたプラズマに、この発明の実施の形態1では前述の通り2次電流I2による交流電界を印加することで、更にプラズマを増大させて発生させるのが基本的な考え方である。従って、2次電流I2によって点火プラグ101の電極間に発生したプラズマは、前述の交流電界により振り回される(振動する)まで、もしくは振り回されている間は、プラズマの存在を維持できる高エネルギーなプラズマであること望ましい。つまり、点火コイル装置102の特性としては、短時間で磁気エネルギーの蓄積が可能で、大きな2次電流I2を出せる特性を備えていることが、この発明の実施の形態1による点火装置に適したコイルである。
102 点火コイル装置 102a 点火コイル装置の1次コイル
102b 点火コイル装置の2次コイル
102c 点火コイル装置の鉄心 103 制御装置
104 エネルギー供給装置 110 直流電源
111 共振コイル 112 点火コンデンサ
113 第1のスイッチ 105 第2のスイッチ
106、107 バッテリ 203 DC/DCコンバータ
301 昇圧トランス 301a 昇圧トランスの1次コイル
301b 昇圧トランスの2次コイル
302、210 スイッチング素子 303 発振回路
304 ダイオード 201 タンクコンデンサ
204 電圧制限回路 211、212 抵抗
207 ツェナーダイオード 202 ハーフブリッジ駆動回路
205 ハーフブリッジの内部コンデンサ
SW1 ハーフブリッジ駆動回路の第1の内部スイッチ
SW2 ハーフブリッジ駆動回路の第2の内部スイッチ
Claims (6)
- 間隙を介して対向する一対の電極を備え、前記一対の電極間に所定の高電圧が印加されたとき、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
エネルギーを蓄積し、前記蓄積したエネルギーを開放することにより前記所定の高電圧を発生し、前記発生した所定の高電圧を前記電極間に印加する点火コイル装置と、
直流電源から共振コイルを介して充電され得る点火コンデンサと、前記点火コンデンサと接地電位との間に接続された第1のスイッチとを有し、前記点火コイル装置に前記点火コンデンサから前記エネルギーを供給し得るエネルギー供給装置と、
前記点火コイル装置と前記エネルギー供給装置との間に接続された第2のスイッチと、
前記第1のスイッチのスイッチング動作を制御する第1の制御信号と、前記第2のスイッチのスイッチング動作を制御する第2の制御信号とを出力する制御装置と、
前記第1のスイッチのスイッチング動作に同期して内部電圧を生成する駆動回路と、
を備え、
前記第1の制御信号は、前記第1のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第1のスイッチがオンを継続する時間とを制御し、
前記第2の制御信号は、前記第2のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第2のスイッチがオンを継続する時間を制御し、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とは、前記第1のスイッチがオンのときは前記第2のスイッチがオフとなり前記第1のスイッチがオフのときは前記第2のスイッチがオンとなるように、前記対応する夫々のスイッチのスイッチング動作を制御し、
前記エネルギー供給装置は、前記第1のスイッチがオンのとき、前記共振コイルと前記点火コンデンサとによる共振により前記点火コンデンサに前記直流電源の出力電圧値よりも絶対値が大きな電圧値に充電し、
前記第2のスイッチは、前記第2の制御信号に基づいて前記駆動回路の前記内部電圧が供給され又は遮断されることによりスイッチング動作を行ない、
前記点火コイル装置は、前記第2のスイッチがオンのとき、前記充電された前記点火コンデンサから前記エネルギーの供給を受けてそのエネルギーを蓄積し、前記第2のスイッチがオフのとき、前記蓄積したエネルギーを開放して前記高電圧を発生する、
ことを特徴とする点火装置。 - 間隙を介して対向する一対の電極を備え、前記一対の電極間に所定の高電圧が印加されたとき、前記間隙に火花放電を発生して内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
エネルギーを蓄積し、前記蓄積したエネルギーを開放することにより前記所定の高電圧を発生し、前記発生した所定の高電圧を前記電極間に印加する点火コイル装置と、
直流電源から共振コイルを介して充電され得る点火コンデンサと、前記点火コンデンサと接地電位との間に接続された第1のスイッチとを有し、前記点火コイル装置に前記点火コンデンサから前記エネルギーを供給し得るエネルギー供給装置と、
前記点火コイル装置と前記エネルギー供給装置との間に接続された第2のスイッチと、
前記第1のスイッチのスイッチング動作を制御する第1の制御信号と、前記第2のスイッチのスイッチング動作を制御する第2の制御信号とを出力する制御装置と、
を備え、
前記第1の制御信号は、前記第1のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第1のスイッチがオンを継続する時間とを制御し、
前記第2の制御信号は、前記第2のスイッチをオフからオンとする時刻と、前記第2のスイッチがオンを継続する時間を制御し、
前記第1の制御信号と前記第2の制御信号とは、前記第1のスイッチがオンのときは前記第2のスイッチがオフとなり前記第1のスイッチがオフのときは前記第2のスイッチがオンとなるように、前記対応する夫々のスイッチのスイッチング動作を制御し、
前記第1のスイッチは、起動時に前記オンを継続する時間を、その後に前記オンを継続する時間より長くなるように前記制御装置により制御され、
前記エネルギー供給装置は、前記第1のスイッチがオンのとき、前記共振コイルと前記点火コンデンサとによる共振により前記点火コンデンサに前記直流電源の出力電圧値よりも絶対値が大きな電圧値に充電し、
前記点火コイル装置は、前記第2のスイッチがオンのとき、前記充電された前記点火コンデンサから前記エネルギーの供給を受けてそのエネルギーを蓄積し、前記第2のスイッチがオフのとき、前記蓄積したエネルギーを開放して前記高電圧を発生する、
ことを特徴とする点火装置。 - 前記第1のスイッチがオンを継続する時間と、前記第2のスイッチがオンを継続する時間は、夫々、「0」[μsec]を超え「50」[μsec]以下に設定される、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の点火装置。 - 前記共振コイルは、「0」[μH]を超え100[μH]以下の空芯型コイルにより構成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか一項に記載の点火装置。 - 前記点火コイル装置は、前記点火プラグの電極間に、「0」[μsec]を超え50[μsec]以下の時間で前記放電を発生させる特性を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちの何れか一項に記載の点火装置。 - 前記エネルギー供給装置と前記制御装置は、同一のパッケージ内に配置される、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちの何れか一項に記載の点火装置。
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