JP5909977B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、二次電圧を点火プラグに印加して放電させる、内燃機関の点火装置に関する。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine that discharges by applying a secondary voltage to an ignition plug.
図19(a)は、一般的な点火式エンジンに備えられた点火プラグ30の中心電極31および接地電極32を示す図であり、通常であれば、両電極31,32間で生じる放電は、符号SP1に示す如くほぼ最短の長さで放電路が形成される。しかし近年では、燃費向上の目的で圧縮比を上げる傾向にあるのと、特に希薄燃焼エンジンにおいて燃焼性向上を図るべく、タンブル流やスワール流等の渦流を燃焼室内で生じさせる技術の開発が進んできており、このような渦流を生じさせるエンジンにおいては、筒内気流Fの速度が速い。これらのため、点火プラグ30で放電を開始できる電圧が35kV以上と高くなるとともに、生じた数kVの誘導放電路が筒内気流Fにより引き伸ばされる(符号SP2参照)。
FIG. 19A is a diagram showing a
そして、さらに筒内気流Fが強い場合には、所望する放電期間内に放電が吹消えてしまい、正常な着火が為されずに失火する懸念が生じる(課題1)。しかも、このような放電の吹消えが生じると、その直後において、両電極31,32の最短距離間(符号SP1の経路)でコイルの二次電圧による再放電が生じる。そのため、放電吹消えと再放電が何度も繰り返されるといった放電繰り返し現象が生じ、電極31,32の消耗(プラグ消耗)が促進されてしまう(課題2)。
Further, when the in-cylinder airflow F is strong, the discharge blows out within a desired discharge period, and there is a concern that misfire may occur without normal ignition (Problem 1). In addition, when such a blow-off of the discharge occurs, immediately after that, a re-discharge due to the secondary voltage of the coil occurs between the shortest distances of both the
上述した放電吹消えによる失火の課題1に対しては、図19(b)中の実線に示すように、点火コイルの出力電流(二次電流I2)を大きくして放電エネルギを増やせば解消できる。しかし、図19(b)に示すように、コイルによる二次電流I2は時間と共に徐々に減少していくため、所望する放電期間Taの終了時点t5までの二次電流I2を、吹消えが発生しない一定値(維持電流Ith)以上にするためには、放電開始時点t3での二次電流I2(ピーク電流Ipeak)を維持電流Ithに対して著しく大きくせざるを得ない。そのため、放電開始時点t3でのプラグ消耗が大きくなる、といった新たな課題3が生じる。しかも、このように二次電流I2を大きくしただけでは、図19(c)に示すように、放電期間Taの終了直後において吹消えによる放電繰り返し現象が生じるので課題2は解消されない。
The above-mentioned
そこで、特許文献1記載の回路では、放電維持電流I3を出力する直流電源を二次コイルの低圧側に設け、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した電流を点火プラグ30で放電させている。これによれば、図19(d)中の点線位置から実線位置にピーク電流Ipeakを低減させてプラグ消耗を抑制でき、かつ、所望放電期間Taでの二次電流I2を維持電流Ith以上にして放電吹消えを回避できる。つまり、先述した課題1,3を解消できる。
Therefore, in the circuit described in
しかしながら、この特許文献1記載の直流電源では、所望放電期間Taの終了後に放電維持電流I3の出力を停止させるにあたり、放電維持電流I3は時間と共に徐々に減少してゼロになる(符号Ip参照)。ゼロになる過程においては放電が維持できなくなり、吹消えが発生する。そして、吹消えが発生するとコイルの出力が無負荷状態となるため、二次電圧が再度上昇し再放電にいたる場合がある。そのため、このように放電維持電流I3が減少していく期間において放電繰り返し現象を回避することができず、当該現象によるプラグ消耗の課題2を解消するには至らない。
However, in the DC power source described in
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、その目的は、放電吹消えの回避と、放電繰り返しによるプラグ消耗の抑制を図った内燃機関の点火装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ignition device for an internal combustion engine that avoids discharge blowout and suppresses plug consumption due to repeated discharge.
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記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
第1の発明では、一次コイルおよび二次コイルを有し、前記二次コイルを流れる二次電流を点火プラグへ出力する点火コイルと、前記点火コイルから出力される前記二次電流とは別の放電維持電流を、前記点火プラグへ出力する電源手段と、前記二次コイルの出力電圧により前記点火プラグでの放電を開始させ、前記放電維持電流の出力停止により前記点火プラグでの放電を終了させるように制御する放電制御手段とを備え、前記放電維持電流が前記二次コイルを介することなく前記点火プラグへ供給されるよう、前記電源手段を前記点火プラグに電気接続したことを特徴とする。 In the first invention, the ignition coil has a primary coil and a secondary coil, and outputs a secondary current flowing through the secondary coil to an ignition plug, and the secondary current output from the ignition coil is different from the ignition coil Power source means for outputting a discharge sustaining current to the spark plug, and the discharge at the spark plug is started by the output voltage of the secondary coil, and the discharge at the spark plug is ended by stopping the output of the discharge sustaining current. Discharge control means for controlling the power supply means, and the power supply means is electrically connected to the spark plug so that the discharge sustaining current is supplied to the spark plug without passing through the secondary coil.
ここで、先述した特許文献1記載の発明では、放電維持電流I3の出力を停止させるにあたり、放電維持電流I3が時間と共に徐々に減少してゼロになることに起因して放電繰り返し現象が生じることは先述した通りである。そして、この従来発明では、二次コイルを介して電源手段を点火プラグに電気接続していることが原因で、放電維持電流I3が徐々に減少していることを本発明者はつきとめた。すなわち、このような電気接続では、放電維持電流のエネルギが、二次コイル(インダクタンス)に蓄えられるので、電源手段を停止させてもその蓄えられたエネルギが点火プラグに放電されて、放電維持電流I3が徐々に減少することとなる。
Here, in the invention described in
この知見を鑑みた上記発明では、放電維持電流が二次コイルを介することなく点火プラグへ供給されるよう、電源手段を点火プラグに電気接続しているので、放電維持電流のエネルギが二次コイルに蓄えられることを回避できる。そのため、電源手段からの放電維持電流を出力停止させた後に、その放電維持電流が二次コイルのリアクトルの影響を受けて徐々に低下することが無くなる。よって、放電繰り返し現象を回避してプラグ消耗を抑制できる。 In the above invention in view of this knowledge, since the power supply means is electrically connected to the spark plug so that the discharge sustain current is supplied to the spark plug without passing through the secondary coil, the energy of the discharge sustain current is Can be avoided. Therefore, after the discharge sustaining current from the power supply means is stopped, the discharge sustaining current does not gradually decrease under the influence of the reactor of the secondary coil. Therefore, it is possible to avoid the repeated discharge phenomenon and suppress plug consumption.
また、上記発明によれば、点火プラグでの放電を電源手段からの放電維持電流により維持させることができるので、放電維持の目的で点火コイルからの二次電流を大きくすることを不要にしつつ、所望する放電期間において放電が吹消えることを抑制できる。しかも、仮に吹消えた場合においても、先述したように放電維持電流が徐々に減少することを回避できるので、再放電を回避できる。したがって、放電開始時点でのプラグ消耗といった先述の課題3を解消しつつ、放電吹消えによる失火(課題1)や再放電(放電繰り返し現象)によるプラグ消耗といった先述の課題2をも解消できる。
Further, according to the above invention, since the discharge at the spark plug can be maintained by the discharge sustaining current from the power supply means, it is unnecessary to increase the secondary current from the ignition coil for the purpose of maintaining the discharge, It is possible to suppress the discharge from being blown out during a desired discharge period. In addition, even if it blows off, it is possible to avoid the discharge sustaining current from gradually decreasing as described above, so that re-discharge can be avoided. Therefore, while solving the above-described
第2の発明では、前記点火プラグで生じた放電路の長さが変化した場合であっても、前記放電維持電流を一定値に維持させる定電流出力手段を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided constant current output means for maintaining the discharge sustaining current at a constant value even when the length of the discharge path generated by the spark plug is changed.
ところで、図19(a)中の符号SP2に例示するように、点火プラグで生じた放電が想定される最長の状態に引き伸ばされた場合であっても、その放電が吹消えることなくその状態を維持できる電圧を維持電圧と呼ぶ場合において、前記電源手段は、維持電圧以上でかつ再放電が発生しない電源電圧範囲(例えば4kV〜8kVの範囲)内で放電維持電流を出力するものであることが望ましい。これによれば、放電吹消え回避と再放電回避の確実性を向上できる。 By the way, as exemplified by reference numeral SP2 in FIG. 19A, even when the discharge generated by the spark plug is extended to the longest possible state, the state is not blown out. In the case where a voltage that can be maintained is called a sustain voltage, the power supply means outputs a discharge sustain current within a power supply voltage range (for example, a range of 4 kV to 8 kV) that is equal to or higher than the sustain voltage and does not cause re-discharge. desirable. According to this, the certainty of avoiding discharge blow-off and avoiding re-discharge can be improved.
しかしながら、上記発明に反して定電流出力手段を有していない場合、放電路が引き伸ばされていない時にまで最大維持電圧で放電維持電流を出力してしまうと、点火プラグを流れる放電電流が過剰に大きくなるので、プラグ消耗が促進されてしまう。これに対し、定電流出力手段を有する上記発明によれば、筒内気流の状態に応じて放電路の長さが変化した場合であっても、放電維持電流を一定値に維持し、電圧を前記電源電圧範囲内で変化させるので、放電吹消えと再放電回避の確実性を向上させつつ、プラグ消耗の抑制を図ることができる。 However, contrary to the above invention, if the constant current output means is not provided, if the discharge sustain current is output at the maximum sustain voltage until the discharge path is not stretched, the discharge current flowing through the spark plug becomes excessive. Since it becomes large, plug consumption is promoted. On the other hand, according to the above-mentioned invention having the constant current output means, even when the length of the discharge path changes according to the state of the in-cylinder airflow, the discharge sustaining current is maintained at a constant value, and the voltage is Since it is changed within the range of the power supply voltage, it is possible to suppress plug consumption while improving the reliability of discharge blow-off and avoidance of re-discharge.
第3の発明では、前記点火コイルからの二次電流の変化に応じて前記放電維持電流の大きさを調整する調整手段を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, there is provided adjusting means for adjusting the magnitude of the discharge sustaining current in accordance with a change in secondary current from the ignition coil.
ここで、点火コイルからの二次電流は、時間経過とともに徐々にゼロに近づくように変化していくものである。そのため、例えば二次電流が徐々に低下していく際に、その低下に合わせて放電維持電流を徐々に上昇させていけば、二次電流と放電維持電流のトータル量(放電電流)が変化することを抑制できる。すなわち、吹消え回避を図りつつ、放電開始時点での放電電流を小さく(マイナス放電の場合には大きく)してプラグ消耗抑制の効果を促進できる。 Here, the secondary current from the ignition coil changes so as to gradually approach zero over time. Therefore, for example, when the secondary current gradually decreases, if the discharge sustaining current is gradually increased in accordance with the decrease, the total amount (discharge current) of the secondary current and the discharge maintaining current changes. This can be suppressed. That is, while preventing blowout, the discharge current at the start of discharge can be reduced (in the case of minus discharge) to increase the effect of suppressing plug consumption.
第4の発明では、前記調整手段は、前記二次電流に前記放電維持電流を加算した値(点火プラグを流れる放電電流の値)が所定の定電流値となるように、前記放電維持
電流の大きさを調整することを特徴とする。
In a fourth aspect of the invention, the adjusting means adjusts the discharge sustain current so that a value obtained by adding the discharge sustain current to the secondary current (a value of the discharge current flowing through the spark plug) becomes a predetermined constant current value. The size is adjusted.
これによれば、点火プラグを流れる放電電流(二次電流+放電維持電流)を、放電開始から終了までの期間、ほぼ一定の定電流値に維持できる(図7(d)参照)。よって、吹消え回避を図りつつ、放電開始時点での放電電流を定電流値に抑えることができるので、吹消え回避を図りつつ、放電開始時点でのプラグ消耗を促進できる。 According to this, the discharge current (secondary current + discharge sustaining current) flowing through the spark plug can be maintained at a substantially constant constant current value during the period from the start to the end of the discharge (see FIG. 7D). Accordingly, the discharge current at the start of discharge can be suppressed to a constant current value while avoiding blow-off, so that plug consumption at the start of discharge can be promoted while avoiding blow-off.
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
(第1実施形態)
本実施形態は、車両に搭載された点火式のエンジン(内燃機関)を対象とした点火装置であり、当該点火装置においては電子制御ユニット(以下、ECUという)からの点火指令に基づき点火プラグにて点火放電を生じさせることとしている。先ずは、図1を用いて点火装置を含む点火システムの概略構成を説明する。
(First embodiment)
The present embodiment is an ignition device intended for an ignition engine (internal combustion engine) mounted on a vehicle. In the ignition device, an ignition plug is used based on an ignition command from an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU). It is supposed to cause ignition discharge. First, a schematic configuration of an ignition system including an ignition device will be described with reference to FIG.
ECU5(放電制御手段)に設けられたマイクロコンピュータ(マイコン)は、エンジン回転速度やアクセル操作量などのエンジンの運転状態を表す運転状態情報を取得し、その運転状態情報に基づいて最適な点火時期を算出する。そして、その点火時期とコイル通電時間に応じて点火信号IGtを生成し、波形整形回路10に出力する。
A microcomputer (microcomputer) provided in the ECU 5 (discharge control means) acquires operating state information indicating the operating state of the engine such as the engine speed and the accelerator operation amount, and optimal ignition timing based on the operating state information. Is calculated. Then, an ignition signal IGt is generated according to the ignition timing and the coil energization time, and is output to the
波形整形回路10は、ECU5より入力した点火信号IGtに基づき、スイッチ手段としてのパワー素子11をオン/オフさせるための駆動信号IGを出力する。詳しくは、点火信号IGtに従ってパワー素子11をオン/オフし、点火時期にて点火放電を生じさせる。
The
気筒ごとに設けられる点火コイル20は、一次コイル21と二次コイル22とからなる。一次コイル21は、その一端が図示しない電源回路を介してバッテリの高電位(+12ボルト)側に接続され、他端がパワー素子11を介して接地されている。パワー素子11のゲートは波形整形回路10に接続されており、この波形整形回路10から出力される駆動信号IGにより、パワー素子11がオン/オフ制御されるようになっている。
The
また、二次コイル22の一端はダイオード12を介して点火プラグ30に接続され、二次コイル22の他端は接地されている。ダイオード12は、点火プラグ30に内蔵されたノイズ低減用抵抗13を通して、中心電極31に接続される。なお、一次コイル21及び二次コイル22を流れる電流をそれぞれ一次電流I1,二次電流I2とし、一次コイル21及び二次コイル22の電圧を一次電流V1,二次電圧V2とする。
One end of the
点火プラグ30の中心電極31(プラス電極)は、抵抗13とダイオード12を通して二次コイル22に接続され、点火プラグ30の接地電極32(マイナス電極)はシャーシに接続(接地)されている。そして、本実施形態にかかる点火装置は、二次電圧V2を接地に対して高電位にすることで接地側へ電流を流して放電(プラス放電)させる回路である。
A center electrode 31 (plus electrode) of the
DC−DCコンバータ40(電源手段)は、点火コイル20とは別の電源として機能するものであり、バッテリから供給される12Vの電圧を例えば4kVに昇圧して定電流回路50(定電流出力手段)へ出力する。定電流回路50は、DC−DCコンバータ40から入力される4kVの電圧を電流値を一定に維持させつつ出力する。この時の一定電流は飛び火後の放電が継続できる電流、例えば60mAに設定してあり、これを放電維持電流I3と呼び、この放電維持電流I3は、ダイオード14を介して点火プラグ30へ流入する。したがって、点火プラグ30で放電される放電電流I4は、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値となる(I4=I2+I3)。
The DC-DC converter 40 (power source means) functions as a power source different from the
なお、ダイオード12を備えることにより、放電維持電流I3は二次コイル22へ流れることなく点火プラグ30へ流れる。また、ダイオード14を備えることにより、二次電流I2は定電流回路50へ流れることなく点火プラグ30へ流れる。また、DC−DCコンバータ40は点火プラグ30に対して二次コイル22と並列に電気接続されているため、放電維持電流I3は二次コイル22を介することなく点火プラグ30へ供給されることとなる。
By providing the
ここで、両電極31,32間で生じる放電が筒内気流Fにより引き伸ばされると(図19(a)中の符号SP2参照)、両電極31,32間での電位差が大きくなる。例えば、符号SP1に示す通常時には前記電位差が800V〜1kVであるのに対し、符号SP2に示す如く引き伸ばされた時には2kV〜3kVとなる。したがって、定電流回路50を備えていない電源の場合には、引き伸ばされない時の放電維持電流I3は、引き伸ばされた時に比べて放電経路が短いため無駄に大きくなってしまい、プラグ消耗が多くなってしまう。つまり、定電流回路50を備える本実施形態によれば、放電の状態に拘わらず放電維持電流I3を一定の値に維持させ、プラグ消耗を抑制することができる。
Here, when the discharge generated between the
オンオフ回路60は、波形整形回路10に入力される点火信号IGtに基づき、定電流回路50のオンオフを切替制御する。すなわち、定電流回路50が放電維持電流I3を出力する出力状態と、出力停止する停止状態とに切り替える。出力状態から停止状態に切り替えると、放電維持電流I3の値は、所定の一定値からステップ状にゼロになる。停止状態から出力状態に切り替えた時も同様にして、放電維持電流I3の値は、ゼロからステップ状に増加する。
The on / off
ちなみに、放電維持電流I3を徐々に低下させる回路を設けてもよいし、放電維持電流I3を徐々に増加させる回路を設けてもよい。但し、DC−DCコンバータ40、点火プラグ30および二次コイル22を直列接続させないことを要する。
Incidentally, a circuit for gradually decreasing the discharge sustaining current I3 may be provided, or a circuit for gradually increasing the discharge sustaining current I3 may be provided. However, it is necessary not to connect the DC-
次に、図2を用いて点火システムの作動を説明する。図中の(a)〜(f)は、点火信号IGt、二次電圧V2、二次電流I2、オン/オフ信号、放電維持電流I3、放電電流I4の変化をそれぞれ示すタイムチャートである。 Next, the operation of the ignition system will be described with reference to FIG. (A) to (f) in the figure are time charts showing changes in the ignition signal IGt, the secondary voltage V2, the secondary current I2, the on / off signal, the discharge sustaining current I3, and the discharge current I4, respectively.
先ず、図中のt1時点にて、点火信号IGtがオフからオンに切り替わると、パワー素子11がオン作動する。これにより、一次コイル21への通電が開始される。その後、t3時点にて点火信号IGtがオンからオフに切り替わると、パワー素子11がオフ作動する。これにより、一次コイル21への通電が遮断されて二次コイル22に高電圧が発生しプラグ電極に印加される。プラグ電極間が飛び火電圧(例えば35kV)に達すると放電が開始され、二次電流I2が流れ始める(図2(b)参照)。二次電流I2の大きさは、流れ始めのt3’時点でピーク値となるが、その後の誘導放電期間では徐々に減少していきt4時点でゼロになる(図2(c)参照)。
First, when the ignition signal IGt is switched from OFF to ON at time t1 in the figure, the
一方、オンオフ回路60は、点火信号IGtがオンからオフに切り替わる直前のt2時点で、定電流回路50をオフ状態からオン状態に切り替えている。これにより、点火プラグ30にて放電開始されるt3’時点の直前で、放電維持電流I3の出力が可能な状態になる(図2(d)参照)。なお、放電維持電流I3の出力が可能な状態になったt2時点以降であっても、二次電流I2の出力が開始される時点までは点火プラグ30での放電は生じない。そして、二次コイル22からの高電圧で放電が生じた後に、放電維持電流I3の出力が開始される。
On the other hand, the on / off
そして、放電開始時点から所望する放電期間Taが経過したt5時点で、オンオフ回路60は定電流回路50をオン状態からオフ状態に切り替えて、放電維持電流I3をステップ状にゼロにしている(図2(e)参照)。点火プラグ30にて放電される電流(放電電流I4)の値は、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値となる(図2(f)参照)。そして、放電期間Taが終了するt5時点では二次電流I2は既にゼロになっているため、放電電流I4も放電維持電流I3と同様に、放電期間Taが終了するt5時点でステップ状にゼロになる。
Then, at the time t5 when the desired discharge period Ta has elapsed from the discharge start time, the on / off
次に、図3を用いて定電流回路50の具体的回路構成を説明する。図3(a)は、NPN型の半導体スイッチ(トランジスタ51,52)を採用した構成例であり、この定電流回路50に電源を供給すると、バイアス抵抗53によりトランジスタ51のベースに電圧がかかり、トランジスタ51はオン作動する。そして、トランジスタ51を流れる電流値に応じて抵抗54,55を流れる電流値は変化し、トランジスタ52のベース電圧も変化する。
Next, a specific circuit configuration of the constant
したがって、トランジスタ51を流れる電流が多くなろうとすると、その分だけトランジスタ52を流れる電流が多くなるので、トランジスタ51のベース電圧が下がる。よって、トランジスタ51を流れる電流が多くなることが制限される。一方、トランジスタ51を流れる電流が少なくなろうとすると、その分だけトランジスタ52を流れる電流が少なくなるので、トランジスタ51のベース電圧が上がる。よって、トランジスタ51を流れる電流が少なくなることが制限される。
Therefore, if the current flowing through the
以上により、図3(a)の定電流回路50によれば、トランジスタ51を流れる電流が一定の値に調整され、ひいては抵抗54を流れる電流(放電維持電流I3)が一定の値に調整される。ちなみに、トランジスタ52のベース電圧をVf、抵抗54の抵抗値をRdとすると、放電維持電流I3はVf/Rdの値となる。
As described above, according to the constant
図3(b)は、PNP型の半導体スイッチ(トランジスタ51a,52a)を採用した構成例であり、図3(a)の場合と同様にして、トランジスタ51aを流れる電流の増減が制限され、抵抗54を流れる電流(放電維持電流I3)が一定の値に調整される。
FIG. 3B shows a configuration example in which a PNP type semiconductor switch (
次に、図4を用いてオンオフ回路60の具体的回路構成を説明する。先ず、波形整形回路10からオンオフ回路60へ入力されるオンオフ信号がオンになると、バイアス抵抗61により半導体スイッチ(トランジスタ62)のベースに電圧がかかり、トランジスタ62はオン作動する。すると、ツェナーダイオード63および抵抗64を電流が流れることに伴い、半導体スイッチ(トランジスタ65)のベース電圧が引き下げられて、トランジスタ65はオン作動する。つまり、オンオフ回路60がオン作動して、DC−DCコンバータ40から定電流回路50へ電流Iaが流れる。
Next, a specific circuit configuration of the on / off
一方、オンオフ信号がオンからオフに切り替わると、オン作動しているトランジスタ62がオフ作動に切り替わり、トランジスタ65のベース電圧が引き上げられる。そのため、オン作動していたトランジスタ65がオフ作動に切り替わり、電流Iaの通電が遮断される。この遮断時においては、トランジスタ65を流れていた電流Iaは、特許文献1記載の発明のようにDC−DCコンバータ40と点火プラグ30との間に直列にインダクタンス(二次コイル22)が接続されていないため、リアクトル等の影響を受けて徐々に低下することはなく、瞬時的に遮断されてゼロになる。そのため、オンオフ回路60へ入力されるオンオフ信号がオンからオフに切り替わるt5時点(図2参照)において、DC−DCコンバータ40から定電流回路50へ流れる電流Iaは瞬時的に遮断され、放電維持電流I3はステップ状に停止される。
On the other hand, when the ON / OFF signal is switched from ON to OFF, the
以上により、本実施形態によれば、点火コイル20とは別の電力供給源として、DC−DCコンバータ40を備えるので、点火プラグ30での放電を放電維持電流I3により維持させることができる。よって、放電維持の目的で二次電流I2を大きくすることを不要にしつつ、所望する放電期間Taにおいて放電が吹消えることを回避できる。したがって、放電開始時点での放電電流増大によるプラグ消耗を解消しつつ、放電期間Ta中に放電が吹消えて失火することを回避できる。
As described above, according to the present embodiment, since the DC-
更には、放電電圧が想定以上に増加して放電が吹消えた場合であっても、DC−DCコンバータ40の電圧は再放電に必要な電圧以下に設定してあるので、再放電にいたらず、放電繰り返し現象によるプラグ消耗をも解消することができる。
Further, even when the discharge voltage increases more than expected and the discharge blows out, the voltage of the DC-
また、吹消えが発生しないように放電維持電流の想定値を大きく設定するためにDC−DCコンバータ40からの電圧が結果的に再放電可能な値、例えば10kV程度に設定する必要がある場合であっても、次のように放電繰り返し現象を回避できる。
In addition, in order to set the expected value of the discharge sustaining current so as not to blow out, it is necessary to set the voltage from the DC-
すなわち、DC−DCコンバータ40と点火プラグ30との間に直列にインダクタンス(二次コイル22)が接続されていないため、オンオフ回路60をオフ作動させた後に、放電維持電流I3が二次コイル22のリアクトル等の影響を受けて徐々に低下することはない。よって、放電維持電流I3が瞬時的に遮断されてゼロになる。しかも、DC−DCコンバータ40から点火プラグ30への電力供給を瞬時的に遮断するオンオフ回路60を備えるので、放電電流I4をステップ状に停止させて放電を終了させることができる。
That is, since the inductance (secondary coil 22) is not connected in series between the DC-
そのため、図2(f)中の一点鎖線Ipに示すように放電電流I4が徐々に低下する期間を無くすことができる。つまり、放電維持電流未満の小電流で放電繰り返し現象が生じうる状態を無くすことができる。よって、放電繰り返し現象によるプラグ消耗をも解消できる。 Therefore, it is possible to eliminate a period in which the discharge current I4 gradually decreases as indicated by a one-dot chain line Ip in FIG. That is, it is possible to eliminate a state in which the discharge repetitive phenomenon can occur with a small current less than the discharge sustaining current. Therefore, plug consumption due to repeated discharge can be eliminated.
また、DC−DCコンバータ40により昇圧される電圧値を、放電が吹消えることなくその状態を維持できる電圧(維持電圧)以上でかつ、再放電が開始できない電圧以下に設定しているので、放電吹消え回避と再放電回避の確実性を向上できる。しかも、DC−DCコンバータ40から点火プラグ30へ供給する放電維持電流I3を一定値に維持させる定電流回路50を備えるので、放電路長さの変化に伴い両電極31,32間での電位差が変化した場合であっても、放電維持電流I3が一定値に維持されるので、放電電流I4が過大になることを防止できる。したがって、上述の如く放電吹消え回避の確実性を向上させるとともに、プラグ消耗の抑制を図ることができる。
In addition, since the voltage value boosted by the DC-
(第2実施形態)
オンオフ回路60により放電維持電流I3の出力停止タイミング(t5)を制御するにあたり、上記第1実施形態では、波形整形回路10に入力される点火信号IGtに基づき制御している。詳細には、点火信号IGtの立下り時点t3から所望放電期間Taが経過した時点を、放電維持電流I3の出力停止タイミングとして制御している。これに対し、図5に示す本実施形態では、以下に説明する放電維持電流期間信号IGwに基づき、放電維持電流I3の出力停止タイミングを制御する。
(Second Embodiment)
In controlling the output stop timing (t5) of the discharge sustaining current I3 by the on / off
すなわち、燃焼状態を良好なものにするために、回転速度や負荷などのエンジン運転条件により放電維持電流期間を変更する場合、ECU5のマイコンは、運転状態情報に基づいて放電維持電流期間を算出する。そして、その放電期間を規定する放電維持電流期間信号IGwを生成し、オン/オフ回路60に出力する。
That is, in order to improve the combustion state, when changing the discharge sustaining current period according to the engine operating conditions such as the rotation speed and the load, the microcomputer of the
このようにECU5から放電維持電流期間信号IGwを出力している場合において、本実施形態では、放電維持電流期間信号IGwの立下り時点を、放電維持電流I3の出力停止タイミングとして制御している。なお、点火信号IGtおよび放電維持電流期間信号IGwのいずれに基づく場合であっても、波形整形回路10に入力される信号IGtに基づきオンオフ回路60の作動を制御させてもよいし、ECU5から出力される信号IGwに基づきオンオフ回路60の作動を制御させてもよい。
In this way, when the discharge sustaining current period signal IGw is output from the
(第3実施形態)
上記第1実施形態では、定電流回路50から出力される放電維持電流I3を一定の値(一定電流)に維持させているが、図6〜図8に示す本実施形態では、二次電流I2が出力されている期間(t3〜t4)に限り、二次電流I2の変化に応じて放電維持電流I3の大きさを補正して調整している。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the discharge sustaining current I3 output from the constant
詳細には、二次電流I2の値を検出するとともに、その検出値に応じて放電維持電流I3の値を補正する、図6に示す電流検出を含む補正回路70(調整手段)を設け、二次電流I2の値が大きいほど放電維持電流I3の値を小さくするように補正する。図7に示す例では、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値が所定の定電流値Ibとなるように、放電維持電流I3の値を補正する(図7(c)(d)参照)。 More specifically, a correction circuit 70 (adjustment means) including current detection shown in FIG. 6 is provided that detects the value of the secondary current I2 and corrects the value of the discharge sustaining current I3 according to the detected value. It correct | amends so that the value of the discharge maintenance current I3 may become small, so that the value of the next current I2 is large. In the example shown in FIG. 7, the value of the discharge sustaining current I3 is corrected so that the value obtained by adding the sustaining current I3 to the secondary current I2 becomes a predetermined constant current value Ib (FIGS. 7C and 7D). reference).
上記補正を実施しなければ、図7(d)中の一点鎖線Iqに示す如く、放電開始時点での放電電流I4が必要以上に高くなる。これに対し、上記補正を実施する本実施形態によれば、放電開始時点での放電電流I4を定電流値Ibにまで低減できるので、プラグ消耗の抑制を促進できる。 If the above correction is not performed, the discharge current I4 at the start of discharge becomes unnecessarily high as indicated by the one-dot chain line Iq in FIG. On the other hand, according to the present embodiment in which the above correction is performed, since the discharge current I4 at the start of discharge can be reduced to the constant current value Ib, suppression of plug consumption can be promoted.
図8は、上記補正回路70の一例を示す回路である。補正回路70は、複数の半導体スイッチ(トランジスタ71,72,73,74)を有して構成されている。4つのトランジスタ71,72,73,74は、2組の周知のカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ71に電流(1)が流れると、その電流と同じ大きさの電流(2)がトランジスタ72,73に流れ、さらに、トランジスタ73に流れる電流と同じ大きさの電流(3)がトランジスタ74に流れる。
FIG. 8 is a circuit showing an example of the
そして、点火プラグ30にて放電が開始されると、トランジスタ71に二次電流I2が流れる。すると、その二次電流I2と同じ大きさの電流(2)がトランジスタ72,73に流れ、さらに、トランジスタ73に流れる電流(2)と同じ大きさの電流(3)がトランジスタ74に流れる。その結果、定電流回路50から出力される電流の一部(補正電流I5)がトランジスタ74に流れることとなる。つまり、定電流回路50から出力される電流から、二次電流I2と同じ大きさの補正電流I5が差し引かれ、その結果、放電維持電流I3が補正電流I5の分だけ小さくなる。これにより、二次電流I2が大きいほど放電維持電流I3が小さくなり、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値が所定の定電流値Ibとなるように調整されることとなる。
When the
(第4実施形態)
図9に示す本実施形態は、図6に示す上記第3実施形態の変形例であり、DC−DCコンバータ40からの電力によりコンデンサ41(電源手段)を充電し、コンデンサ41から放電維持電流I3を出力させている。コンデンサ41の電荷は電界効果トランジスタ(MOSFET57)の作動により制御され、MOSFET57の作動は二次電流I2の値に応じて電流制御回路58により制御される。これにより、上記第3実施形態と同様にして、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値が所定の定電流値Ibとなるように、放電維持電流I3の値を補正することができる(図10(c)(e)参照)。
(Fourth embodiment)
The present embodiment shown in FIG. 9 is a modification of the third embodiment shown in FIG. 6, and the capacitor 41 (power supply means) is charged by the power from the DC-
なお、DC−DCコンバータ40は波形整形回路10から出力される点火信号IGtに基づきオンオフが切り替えられる(図10(d)参照)。詳細には、放電維持電流I3を出力する期間(所望放電期間Ta)にはDC−DCコンバータ40オフさせる。そして、放電維持電流I3を出力開始するまでの間に、DC−DCコンバータ40をオンさせて、放電維持電流I3の出力開始に先立ちコンデンサ41を充電しておく。
The DC-
ここで、コンデンサ41の容量が過小であると、図10(c)中の点線Icに示す如く、所望放電期間Ta中に放電維持電流I3を所定値に維持できなくなることが懸念される。そのため、所望放電期間Ta中に放電維持電流I3を所定値に維持できる容量のコンデンサ41を選定する必要が有る。
Here, if the capacitance of the
(第5実施形態)
上記第1実施形態では、点火プラグ30の中心電極31をプラス電極、接地電極32をマイナス電極とし、中心電極31から接地電極32の向きに放電電流I4が流れる(プラス放電させる)ように構成している。これに対し、図11に示す本実施形態では、点火プラグ30の中心電極31をマイナス電極、接地電極32をプラス電極とし、接地電極32から中心電極31の向きに放電電流I4が流れる(マイナス放電させる)ように構成している。
(Fifth embodiment)
In the first embodiment, the
図12は、本実施形態においてマイナス放電させる時の二次電流I2、放電維持電流I3および放電電流I4の変化を示すタイムチャートであり、図2に示す各々の電流値をマイナス側に反転した状態となる。 FIG. 12 is a time chart showing changes in the secondary current I2, the discharge sustaining current I3, and the discharge current I4 when negative discharge is performed in the present embodiment, in which the respective current values shown in FIG. 2 are reversed to the negative side. It becomes.
図13は、本実施形態にかかるオンオフ回路60の一例を示す図であり、以下、図4との違いを中心に説明する。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the on / off
先ず、波形整形回路10からオンオフ回路60へ入力されるオンオフ信号がオンになると、トランジスタ62がオン作動する。すると、トランジスタ67がオン作動し、このオン作動に連動してトランジスタ66aがオン作動する。これにより、DC−DCコンバータ40から定電流回路50へ電流Iaが流れる。
First, when the on / off signal input from the
一方、オンオフ信号がオンからオフに切り替わると、オン作動しているトランジスタ62がオフ作動に切り替わる。すると、トランジスタ67がオフ作動し、このオフ作動に連動してトランジスタ66aがオフ作動する。これにより、DC−DCコンバータ40から定電流回路50へ電流Ia瞬時的に遮断され、放電維持電流I3はステップ状に停止される。
On the other hand, when the on / off signal is switched from on to off, the
(第6実施形態)
図14に示す本実施形態は、図6に示すプラス放電の回路をマイナス放電の回路に変形させたものである。つまり、二次電流I2の変化に応じて放電維持電流I3の大きさを補正して調整する例を、マイナス放電の回路で実現させている。
(Sixth embodiment)
This embodiment shown in FIG. 14 is obtained by modifying the plus discharge circuit shown in FIG. 6 into a minus discharge circuit. That is, an example in which the magnitude of the discharge sustaining current I3 is corrected and adjusted in accordance with the change in the secondary current I2 is realized by a negative discharge circuit.
図15は、本実施形態においてマイナス放電させる時の二次電流I2、放電維持電流I3および放電電流I4の変化を示すタイムチャートであり、図7に示す各々の電流値をマイナス側に反転した状態となる。 FIG. 15 is a time chart showing changes in the secondary current I2, the discharge sustaining current I3, and the discharge current I4 when negative discharge is performed in the present embodiment, in which the respective current values shown in FIG. 7 are reversed to the negative side. It becomes.
図16は、本実施形態にかかる補正回路70A(調整手段)の一例を示す図であり、以下、図8との違いを中心に説明する。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the
補正回路70Aは、複数の半導体スイッチ(トランジスタ74,76,77,78)を有して構成されている。4つのトランジスタ74,76,77,78は周知のカレントミラー回路を構成しており、トランジスタ74に電流(1)が流れると、その電流と同じ大きさの電流(2)が電源75からトランジスタ76に流れ、さらに、トランジスタ77に流れる電流と同じ大きさの電流(3)が電源75からトランジスタ78に流れる。
The
そして、点火プラグ30にて放電が開始されると、トランジスタ74に二次電流I2が流れる。すると、その二次電流I2と同じ大きさの電流(2)がトランジスタ76に流れ、さらに、トランジスタ77に流れる電流(2)と同じ大きさの電流(3)がトランジスタ78に流れる。その結果、定電流回路50を流れる電流の一部(補正電流I5)がトランジスタ78に流れることとなる。つまり、定電流回路50を流れる電流から、二次電流I2と同じ大きさの補正電流I5が差し引かれ、その結果、放電維持電流I3の大きさ(絶対値)が補正電流I5の分だけ小さくなる。これにより、二次電流I2の絶対値が大きいほど放電維持電流I3の絶対値が小さくなり、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値が所定の定電流値Ibとなるように調整されることとなる。
When the
(第7実施形態)
図17に示す本実施形態は、図9に示すプラス放電の回路をマイナス放電の回路に変形させたものである。つまり、DC−DCコンバータ40からの電力によりコンデンサ41を充電し、コンデンサ41から放電維持電流I3を出力させる例を、マイナス放電の回路で実現させている。
(Seventh embodiment)
This embodiment shown in FIG. 17 is obtained by modifying the plus discharge circuit shown in FIG. 9 into a minus discharge circuit. That is, an example in which the
図18は、本実施形態においてマイナス放電させる時の二次電流I2、放電維持電流I3および放電電流I4の変化を示すタイムチャートであり、図10に示す各々の電流値をマイナス側に反転した状態となる。 FIG. 18 is a time chart showing changes in the secondary current I2, the discharge sustaining current I3, and the discharge current I4 when a negative discharge is performed in the present embodiment, in which each current value shown in FIG. 10 is inverted to the negative side. It becomes.
(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、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be modified as follows. Moreover, you may make it combine the characteristic structure of each embodiment arbitrarily, respectively.
・上述した図7、図10、図15、図18に示す例では、二次電流I2の変化に応じて放電維持電流I3の大きさを補正して調整するにあたり、二次電流I2に放電維持電流I3を加算した値(放電電流I4の値)が所定の定電流値Ibとなるように調整している。つまり、放電電流I4の値が一定の値(定電流値Ib)で変化しないように調整している。これに対し、放電電流I4が変化することを許容しつつ、二次電流I2の変化に応じて放電維持電流I3の大きさを補正して調整するようにしてもよい。 In the examples shown in FIGS. 7, 10, 15, and 18 described above, the discharge current is maintained at the secondary current I2 when the magnitude of the discharge sustain current I3 is corrected and adjusted according to the change in the secondary current I2. The value obtained by adding the current I3 (the value of the discharge current I4) is adjusted to a predetermined constant current value Ib. That is, adjustment is made so that the value of the discharge current I4 does not change at a constant value (constant current value Ib). On the other hand, the magnitude of the discharge sustaining current I3 may be corrected and adjusted according to the change of the secondary current I2 while allowing the discharge current I4 to change.
・上述した図2、図12、図18に示す例では、定電流回路50から放電維持電流I3を出力開始するタイミング(t2)を、二次電流I2の出力開始タイミング(t3)よりも早くしているが、放電維持電流I3の出力開始タイミングを二次電流I2の出力開始タイミング(放電開始タイミング)と同じにしてもよい。
In the example shown in FIG. 2, FIG. 12, and FIG. 18 described above, the timing (t2) for starting the discharge sustaining current I3 from the constant
5…ECU(放電制御手段)、20…点火コイル、21…一次コイル、22…二次コイル、30…点火プラグ、40…DC−DCコンバータ(電源手段)、41…コンデンサ(電源手段)、50…定電流回路(定電流出力手段)、70,70A…補正回路(調整手段)、I2…二次電流、I3…放電維持電流。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記点火コイルから出力される前記二次電流とは別の放電維持電流を、前記点火プラグへ出力する電源手段と、
前記二次コイルの出力電圧により前記点火プラグでの放電を開始させ、前記放電維持電流の出力停止により前記点火プラグでの放電を終了させるように制御する放電制御手段と、
前記二次コイルの一端と前記点火プラグとを接続する経路に設置され、前記放電維持電流が前記二次コイルに流れないように設けられたダイオードと、
前記点火コイルからの二次電流の変化に応じて前記放電維持電流の大きさを調整する調整手段とを備え、
前記放電維持電流が前記二次コイルを介することなく前記点火プラグへ供給されるよう、前記電源手段を前記点火プラグに電気接続し、
前記調整手段は、前記二次電流に前記放電維持電流を加算した値が所定の定電流値となるように、前記放電維持電流の大きさを調整することを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition coil having a primary coil and a secondary coil and outputting a secondary current flowing through the secondary coil to a spark plug;
Power supply means for outputting a discharge sustaining current different from the secondary current output from the ignition coil to the ignition plug;
Discharge control means for starting discharge at the spark plug by the output voltage of the secondary coil, and controlling to stop discharge at the spark plug by stopping the output of the discharge sustaining current;
A diode provided in a path connecting one end of the secondary coil and the spark plug, and provided so that the discharge sustaining current does not flow to the secondary coil ;
Adjusting means for adjusting the magnitude of the discharge sustaining current according to a change in the secondary current from the ignition coil ,
Electrically connecting the power supply means to the spark plug so that the discharge sustaining current is supplied to the spark plug without going through the secondary coil ;
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the adjusting means adjusts the magnitude of the discharge sustaining current so that a value obtained by adding the discharge sustaining current to the secondary current becomes a predetermined constant current value .
前記点火コイルから出力される前記二次電流とは別の放電維持電流を、前記点火プラグへ出力する電源手段と、Power supply means for outputting a discharge sustaining current different from the secondary current output from the ignition coil to the ignition plug;
前記二次コイルの出力電圧により前記点火プラグでの放電を開始させ、前記放電維持電流の出力停止により前記点火プラグでの放電を終了させるように制御する放電制御手段と、Discharge control means for starting discharge at the spark plug by the output voltage of the secondary coil, and controlling to stop discharge at the spark plug by stopping the output of the discharge sustaining current;
前記点火コイルからの二次電流の変化に応じて前記放電維持電流の大きさを調整する調整手段とを備え、Adjusting means for adjusting the magnitude of the discharge sustaining current according to a change in the secondary current from the ignition coil,
前記放電維持電流が前記二次コイルを介することなく前記点火プラグへ供給されるよう、前記電源手段を前記点火プラグに電気接続し、Electrically connecting the power supply means to the spark plug so that the discharge sustaining current is supplied to the spark plug without going through the secondary coil;
前記調整手段は、前記二次電流に前記放電維持電流を加算した値が所定の定電流値となるように、前記放電維持電流の大きさを調整することを特徴とする内燃機関の点火装置。The ignition device for an internal combustion engine, wherein the adjusting means adjusts the magnitude of the discharge sustaining current so that a value obtained by adding the discharge sustaining current to the secondary current becomes a predetermined constant current value.
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