JP6442928B2 - Ignition system for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関に用いられる点火システムに関する。 The present invention relates to an ignition system used in an internal combustion engine.
近年、自動車用内燃機関での燃費を向上させるため、希薄燃料の燃焼制御(リーンバーンエンジン)、又は、内燃機関のシリンダへ燃焼ガスを還流させるEGRに関する技術の検討が進められている。これらの技術にあっては、内燃機関の点火タイミングで点火プラグが複数回連続的に放電を行なう多重点火方式/交流点火方式、又は、点火タイミング近傍の一定時間について点火プラグを持続的に放電させるDCO方式等、混合気に含まれる化石燃料を効果的に燃焼させる為の点火システムが種々検討されている。 In recent years, in order to improve the fuel efficiency of an internal combustion engine for automobiles, studies are being made on technologies relating to combustion control of lean fuel (lean burn engine) or EGR for returning combustion gas to a cylinder of the internal combustion engine. In these technologies, the ignition plug is continuously discharged for a certain time near the ignition timing, or a multiple ignition method / AC ignition method in which the ignition plug continuously discharges a plurality of times at the ignition timing of the internal combustion engine. Various ignition systems for effectively burning the fossil fuel contained in the air-fuel mixture, such as the DCO system to be used, have been studied.
これらの方式による点火システムでは、大きな放電電流を維持することが要求されるため、一次コイル(点火コイルの一次側)への印加電圧をDC−DCコンバータ等によって昇圧している(特許文献1参照)。 Since ignition systems based on these methods are required to maintain a large discharge current, the voltage applied to the primary coil (primary side of the ignition coil) is boosted by a DC-DC converter or the like (see Patent Document 1). ).
上記の場合に、放電開始時の点火信号または放電開始後の点火信号が、ECUからの信号異常などにより通常時の点火信号よりも長くなってしまうことがある。このとき、高電圧のために、一次コイルへ流れる電流の切断と導通を行うIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子に、電流が過剰に流れるおそれがある。その結果として、IGBTの消費電力が増大し、損傷してしまうおそれがある。 In the above case, the ignition signal at the start of discharge or the ignition signal after the start of discharge may be longer than the normal ignition signal due to a signal abnormality from the ECU. At this time, because of the high voltage, current may flow excessively to a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) that cuts off and conducts current flowing to the primary coil. As a result, the power consumption of the IGBT increases and may be damaged.
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、その主たる目的は、点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる点火システムにおいて、スイッチング素子の損傷を抑制することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to suppress damage to switching elements in an ignition system that performs continuous discharge or multiple discharge with an ignition plug. It is.
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.
本発明は、内燃機関用点火システムであって、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気に点火するための火花放電を発生する点火プラグと、一次コイル及び二次コイルを具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイルと、所定の電圧を前記一次コイルに印加する電圧印加手段と、前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行う第一スイッチング素子と、前記第一スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる放電実行手段と、前記電圧印加手段と前記一次コイルとの間に接続され、前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行う第二スイッチング素子と、前記第二スイッチング素子と前記一次コイルとの間にカソードが接続され、アノードが接地されたダイオードと、前記放電実行手段による前記第一スイッチング素子の駆動中において、前記一次コイルに流れる電流が第一所定域に収まるように前記第二スイッチング素子を制御する一次電流制御手段と、を備えることを特徴とする。 The present invention is an ignition system for an internal combustion engine, comprising an ignition plug for generating a spark discharge for igniting a combustible air-fuel mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine, a primary coil and a secondary coil, and the secondary coil An ignition coil for applying a voltage to the ignition plug, a voltage applying means for applying a predetermined voltage to the primary coil, a first switching element for cutting off and conducting a primary current flowing through the primary coil, and the first By controlling the driving of the switching element, the discharge executing means for executing continuous discharge or multiple discharge by the spark plug, and connected between the voltage applying means and the primary coil, the primary current flowing to the primary coil A second switching element for cutting and conducting; a cathode connected between the second switching element and the primary coil; and an anode grounded A diode, and primary current control means for controlling the second switching element so that a current flowing through the primary coil falls within a first predetermined region during driving of the first switching element by the discharge execution means. It is characterized by.
上記構成によれば、点火コイルは一次コイルと二次コイルを具備している。そして、電圧印加手段により所定の電圧が一次コイルに印加される。一次コイルへ流れる電流は、第一スイッチング素子をON/OFFすることで、その電流の切断と導通が制御される。放電実行手段により、第一スイッチング素子を制御し、一次電流をコントロールすることで、点火プラグに連続放電や多重放電を実行させる。 According to the above configuration, the ignition coil includes the primary coil and the secondary coil. A predetermined voltage is applied to the primary coil by the voltage applying means. The current flowing to the primary coil is controlled to be cut off and conducted by turning the first switching element ON / OFF. By controlling the first switching element and controlling the primary current by the discharge execution means, the spark plug is caused to execute continuous discharge or multiple discharge.
この内燃機関用点火システムには、さらに電圧印加手段と一次コイルの間に第二スイッチング素子が設けられている。また、この第二スイッチング素子と一次コイルとの間に、カソードが接続されアノードが接地されたダイオードを設けている。このとき、第一スイッチング素子の駆動中、一次電流が第一所定域に収まるように、一次電流制御手段により、第二スイッチング素子を制御する。たとえば、第一スイッチング素子の駆動中において、一次コイルに流れる一次電流が第一所定域の上限値を超えた場合に、一次電流制御手段により、一次電流が切断される。その間、アノードが接地されたダイオードを介して、電流が供給され、ゆっくりと一次電流が下降する。そして第一所定域の下限値を超えて一次電流が下降した場合に、一次電流制御手段により、再度一次電流を流す。こうすることで、第一所定域内に一次電流を収めることが出来る。その結果、第一スイッチング素子に過剰な電流が流れることなく、損傷を抑制することが出来る。 In this internal combustion engine ignition system, a second switching element is further provided between the voltage applying means and the primary coil. A diode having a cathode connected and an anode grounded is provided between the second switching element and the primary coil. At this time, during the driving of the first switching element, the second switching element is controlled by the primary current control means so that the primary current falls within the first predetermined region. For example, during driving of the first switching element, when the primary current flowing through the primary coil exceeds the upper limit value of the first predetermined region, the primary current is cut by the primary current control means. In the meantime, current is supplied through a diode whose anode is grounded, and the primary current slowly drops. When the primary current falls below the lower limit value of the first predetermined region, the primary current is supplied again by the primary current control means. By doing so, the primary current can be stored in the first predetermined region. As a result, damage can be suppressed without excessive current flowing through the first switching element.
(第1の実施形態)
本実施形態を、図面を参照して説明する。図1に示す内燃機関用点火システム10は、二つの点火コイル19A,19Bと、二つのIGBT15A,15B(第一スイッチング素子に該当)と、点火プラグ20と、DC−DCコンバータ12(電圧印加手段に該当)とが設けられている。
(First embodiment)
The present embodiment will be described with reference to the drawings. An
バッテリ11とDC−DCコンバータ12とは直列で繋がっている。このDC−DCコンバータ12は、バッテリ11から12(V)〜24(V)程度の電圧が印加され、これに基づいて、40(V)〜90(V)程度にまで電圧を昇圧させる。
The
DC−DCコンバータ12の出力側は分岐しており、それぞれ点火コイル19Aが有する一次コイル16Aの第一端と、点火コイル19Bが有する一次コイル16Bの第一端とに接続されている。点火コイル19Aは、一次コイル16Aの他に二次コイル17A及び鉄心18Aを備え、点火コイル19Bもまた同様な構成を取っている。一次コイル16A,16Bのそれぞれの第二端は、IGBT15A,15B(第一スイッチング素子に該当)のコレクタ端子にそれぞれ接続され、そしてIGBT15A,15Bのエミッタ端子は抵抗などによる電流検出回路を介して接地されている。
The output side of the DC-
二次コイル17A,17Bの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。一方で、二次コイル17A,17Bの第二端は、ダイオード14A,14Bのカソード側に接続されている。ダイオード14A,14Bのアノード側は点火プラグ20に接続されている。
かかるダイオード14A,14Bは、プレイグニッションを防止するために設けられる。詳しくは、これらのダイオード14A,14Bのアノード側が互いに接続されて合流し、合流した電流経路は点火プラグ20の入力端子に接続されている。即ち、各々の二次コイル17A,17Bは、1つの共通する点火プラグ20に接続され、当該点火プラグ20は、双方の点火コイル19A,19Bから二次コイル17A,17Bへ電流を流す向きの電圧が足し合わされて印加されることとなる。図1の二次電流I2の矢印は、二次コイル17A,17Bから点火プラグ20に流れる方向を正方向と示している。よって、一次コイル16A,16Bに流れる一次電流I1_1,I1_2を遮断した際に、点火プラグ20に接地しているグランド電位から点火プラグ20に流れる二次電流I2は負の値となる。
The first ends of the
The
ECU13(放電実行手段に該当)は、CPU及びI/O回路及びメモリ回路及びクロック回路等を備えている。このECU13は、IGBT15A,15Bそれぞれと別個に接続されている。ECU13は、入力された情報に基づいて点火信号IGT_1,IGT_2を生成してIGBT15A,15Bのゲート端子へ出力し、IGBT15A,15Bの駆動を制御する。I/O回路には、自動車の各部に設けられた各種ECUまたはセンサから、内燃機関の運転状態に関する情報(以下、運転状態情報と呼ぶ)が適宜に入力される。この運転状態情報には、インジェクタの動作情報,クランク角センサからの情報等を含み、ECU13では、これらの情報に基づいて内燃機関の負荷状態及び回転数に関する情報を認識する。そして、ECU13では、これらの情報に基づいて各々の点火信号IGT_1とIGT_2を設定する。
The ECU 13 (corresponding to the discharge execution means) includes a CPU, an I / O circuit, a memory circuit, a clock circuit, and the like. The
そして、ECU13から送信される点火信号IGT_1とIGT_2の位相は、一致しない状態でIGBT15A,15Bに入力されるため、IGBT15A,15Bは一方がONの場合に他方がOFFとなるように同期して駆動することとなる。
Since the phases of the ignition signals IGT_1 and IGT_2 transmitted from the
ここで、DC−DCコンバータ12の出力端子と一次コイル16A,16Bの第一端との間には、MOSFET21(第二スイッチング素子に該当)が接続されている。詳しくは、MOSFET21のドレイン端子がDC−DCコンバータ12の出力端子と接続し、MOSFET21のソース端子が一次コイル16Aの第一端と接続している。
Here, a MOSFET 21 (corresponding to the second switching element) is connected between the output terminal of the DC-
MOSFET21のソース端子と一次コイル16A,16Bの第一端との間にダイオード22のカソードが接続され、ダイオード22のアノードが接地されている。またMOSFET21のゲート端子は、電流制御回路23(一次電流制御手段に該当)が接続されている。電流制御回路23はマイコンや駆動回路などで構成されている。
The cathode of the
そして電流制御回路23は電流検出回路24(一次電流検出手段に該当)に接続され、電流検出回路24は二つのIGBT15A,15Bのそれぞれのエミッタ端子と接続している。電流検出回路24は電流センサなどで構成されている。このため、電流検出回路24により検出された電流を基に、電流制御回路23がMOSFET21のON/OFF制御を行ない、一次コイル16A,16Bへ流れる一次電流I1_1,I1_2をそれぞれ制御する。
The
次に、本実施形態におけるECU13と電流制御回路23が実行する制御を説明する。
Next, control executed by the
図2は、本実施形態におけるECU13と電流制御回路23の動作を示すタイミングチャートである。この図には、ECU13から送信されるIGT_1,IGT_2、IGBT15A,15Bにそれぞれ流れる一次電流I1_1,I1_2の波形、一次電流I1_1,I1_2を遮断したときに発生する二次電流I2の波形、IGBT15Aの消費電力が各々示されている。
FIG. 2 is a timing chart showing operations of the
ECU13により非同期的に送信される点火信号IGT_1,IGT_2は、それぞれ時間間隔の長い第一パルスと、時間間隔の短く間欠的に起こる後続パルスとで構成されている。この第一パルスは、一次電流I1_1が予め設定されている上側設定値Aに達するように設定されている。従って、第一パルスによる一次電流I1_1は、後続パルスによる一次電流I1_1と比べて大きく設定されている。一次電流I1_2も同様の設定がされている。
The ignition signals IGT_1 and IGT_2 transmitted asynchronously by the
点火信号IGT_1,IGT_2によってIGBT15A,15Bが駆動されると、各々の一次コイル16A,16Bでは、一次電流I1_1及びI1_2が断続的に発生する。
When the
このとき、各々の二次コイル17A,17Bでは、一次電流I1_1,I1_2に同期して磁束の変動が連続的に発生し、高電圧を連続的に出力させる。従って、点火プラグ20の入力端子には、双方の高電圧を合成させた電圧が印加されることとなり、二次電流I2が持続的に流れるようになる。
At this time, in each of the
このとき、点火プラグ20の放電開始に際して、IGBT15A,15Bに送信される点火信号IGT_1,IGT_2は、ECU13からの信号異常などにより通常時の点火信号よりも長くなってしまうと、一次電流I1_1の点線に示したように、一次電流I1_1の過剰な増大を許してしまう。その結果、IGBT15Aの消費電力は急速に増加し、損傷してしまう。このため、点火信号IGT_1,IGT_2に依存しない別の電流制御回路23を設けることにより、IGBT15A,15Bの損傷を抑制する。
At this time, when the ignition plug 20 starts to discharge, if the ignition signals IGT_1 and IGT_2 transmitted to the
電流制御回路23は、電流検出回路24により検出された電流の大きさが入力される。そして、点火プラグ20の放電開始では、電流検出回路24により検出された一次電流I1_1,I1_2のどちらか一方でも、予め設定されている上側設定値Aを超えて上昇した場合に、MOSFET21をOFFに制御する。このとき、アノードが接地されたダイオード22を介して、電流が供給され、ゆっくりと一次電流I1_1,I1_2が下降する。その後、下側設定値Bを超えて小さくなった場合にMOSFET21をONに制御する。この制御により、一次電流I1_1,I1_2は上側設定値Aと下側設定値Bの間(第二所定域に該当)に制御される。このとき、上側設定値Aは、IGBT15A,15Bを損傷させるおそれがない範囲での上限値として設定し、下側設定値Bは上側設定値Aを所定値だけ小さくした値として設定する。
The
点火プラグ20の放電開始後では、上側設定値Aからそれよりも低く設定した上側設定値C(図3)に変更し、下側設定値Bからそれよりも低く設定した下側設定値D(図3)に変更する。そして、一次電流I1_1,I1_2の双方が上側設定値Cと下側設定値Dの間(第一所定域に該当)で推移するように同様の制御が行う。これにより、二次電流I2は、放電途切れが起こらないように制御される。
After starting the discharge of the
上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火システム10の電流制御回路23は、以下の効果を奏する。
With the above configuration, the
・点火プラグ20の放電開始に際した一次電流I1_1,I1_2の上側設定値Aを、放電開始後の上側設定値Cよりも高く設定している。このため、一次電流I1_1,I1_2をそれぞれ大きくすることができ、その電流値に呼応して点火プラグ20への出力電圧を大きくすることが出来る。その結果として点火プラグ20の放電の実施が容易になる。
The upper set value A of the primary currents I1_1 and I1_2 at the start of discharge of the
・電流制御回路23は、電流検出回路24により検出された一次電流I1_1,I1_2を監視し、予め設定された上側設定値Aと下側設定値B又は上側設定値Cと下側設定値Dに従って、MOSFET21のON/OFF制御を行なう。そうすることで、一次電流I1_1,I1_2は上側設定値Aと下側設定値B又は、上側設定値Cと下側設定値Dの間に制御される。電流制御回路23はECU13に依存しない回路であるため、ECU13の信号異常により、IGBT15A,15BがONを維持し続けても、電流制御回路23により一次電流I1_1,I1_2の上昇は抑制される。そのため、IGBT15A,15Bの消費電力が抑えられ、損傷抑制につながる。
The
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
・点火プラグ20の放電開始に際して、一次電流の上側設定値Aを、放電開始後の上側設定値Cよりも高く設定することとしていた。このことについて上側設定値Aを上側設定値Cと同等にしてもよい。こうすることにより、点火プラグ20の放電開始とその放電開始後で、制御に違いがなくなり、制御をより簡便化できる。また、上側設定値A,Cを、一次電流の目標値に設定してもよい。こうした構成によれば、一次電流を目標値に正確に制御することができる。
At the start of discharge of the
・二次コイル17A,17Bの第一端はそれぞれグランド電位に接地されている。このことについて、図4に示したように、一次コイル16の第一端と二次コイル17の第一端とを接続してもよい。こうすることにより、点火システム10の簡便化を図ることが出来る。
The first ends of the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
第1の実施形態では、IGBT15A,15Bのエミッタ端子と接地点との間に電流検出回路24を接続し、一次電流I1_1,I1_2を検出していた。本実施形態では、図5に記載されているように二次コイル17A,17Bの第一端と接地点との間に電流検出回路31(二次電流検出手段に該当)を接続させている。
In the first embodiment, the
点火信号IGT_1,IGT_2は、それぞれ予め決められた時間間隔の幅で、IGBT15A,15Bに入力される。このとき、電流検出回路31により検出された二次電流I2_1,I2_2の大きさから一次電流I1_1,I1_2の大きさを推測し、二次電流I2_1,I2_2が予め設定されている基準電流値β(図6)よりも小さくなる場合には、一次電流I1_1,I1_2の時間間隔を延長させる。なお、一次電流I1_1,I1_2を遮断することにより誘起する二次電流はI2_1,I2_2は、負の値となる。よって、図6の二次電流I2_1,I2_2のグラフにおいて、負の方向を二次電流I2_1,I2_2の増大方向としている。これにより、二次電流I2_1,I2_2がどちらも予め設定している基準電流値βよりも大きくなるように、一次電流I1_1,I1_2はある程度制御されることになる。このときの基準電流値βと二次電流I2_1,I2_2それぞれの最大ピークの範囲は、請求項における第三所定域に該当する。
The ignition signals IGT_1 and IGT_2 are respectively input to the
二次電流I2_1における点線部に示すように、二次電流I2_1は燃焼室の気流の変化などで刻々と変化し、場合によっては二次電流I2_1が維持できなくなり失火を招くおそれがある。二次電流I2_2も同様の事象が起こりうる。 As shown by the dotted line portion in the secondary current I2_1, the secondary current I2_1 changes every moment due to changes in the airflow in the combustion chamber, and in some cases, the secondary current I2_1 cannot be maintained and there is a risk of misfire. A similar event can occur in the secondary current I2_2.
よって、電流制御回路32は、二次電流I2_1,I2_2各々について、基準電流値βよりも小さくなった場合に、その減少を抑制するために必要な一次電流の増加分を予測する。そして、その予測に基づいて点火信号IGT_1,IGT_2の時間間隔の長さを延長する。このとき、最大延長時間は、IGBT15A,15Bが損傷する可能性がない範囲での延長時間とする。この制御により、二次電流I2_1,I2_2各々の減少を抑制することが可能となる。
Therefore, when each of the secondary currents I2_1 and I2_2 becomes smaller than the reference current value β, the
また、電流制御回路32は、基準電流値βのほか限界電流値γが設けられている。そして、二次電流I2_1,I2_2が限界電流値γよりも減少すると、点火プラグ20の放電が困難となり失火する限界の値として設定されている。そして、基準電流値βは、気流変化などの外部要因の影響を受けていないときの二次電流I2_1,I2_2の最大ピークと、限界電流値γとの間、詳しくは2次電流の最大ピークと限界電流値γとの間の中央に設定されている。
The
上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火システム30の電流制御回路32は、以下の効果を奏する。
With the above configuration, the
・電流検出回路31を二次コイル17A,17Bの第一端に接続することで、二次電流I2の変化を監視することが出来る。このため、二次電流I2_1,I2_2各々が基準電流値βを超えて減少しても、点火信号IGT_1,IGT_2それぞれの時間間隔の長さを延長することで、減少を抑制する事が可能である。このとき、二次電流I2_1,I2_2の最大ピークは減少してしまった分だけ小さくなっているが、最小ピークが限界電流値γを下回らない限り、点火プラグ20の放電状態を維持することが可能となる。
The change of the secondary current I2 can be monitored by connecting the
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
・二次コイル17A,17Bそれぞれの第一端に電流検出回路31を接続させていた。このことについて、ダイオード14A,14Bのアノード側の電流経路の合流点と点火プラグ20との間に電流検出回路31を接続してもよい。そうすることで、電流検出回路31に接続される電流経路を少なくすることが出来、構造を簡便化することが出来る。
The
・二次電流I2_1,I2_2は、基準電流値βと二次電流I2_1,I2_2それぞれの最大ピークの範囲に収まるように制御されるとしていた。このことについて、基準電流値βは二次電流I2_1,I2_2の最大ピークと限界電流値γとの間の中央に設定されるとしていたが、それに限定しなくてもよい。二次電流I2_1,I2_2の最大ピークと限界電流値γとの間ならば、基準電流値βはどこに設けられてもよい。 The secondary currents I2_1 and I2_2 are controlled so as to be within the maximum peak ranges of the reference current value β and the secondary currents I2_1 and I2_2. In this regard, although the reference current value β is set at the center between the maximum peak of the secondary currents I2_1 and I2_2 and the limit current value γ, the reference current value β is not limited thereto. The reference current value β may be provided anywhere as long as it is between the maximum peak of the secondary currents I2_1 and I2_2 and the limit current value γ.
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
第1の実施形態では、IGBT15A,15Bのエミッタ端子と接地点との間に電流検出回路24を接続し、一次電流I1_1,I1_2を検出していた。本実施形態でも、図7に記載されているように、IGBT15A,15Bのエミッタ端子と接地点との間に電流検出回路24を接続させている。この構成は第1の実施形態と同様だが、それに加えて二次コイル17A,17Bの第一端と接地点との間にも電流検出回路41を接続させている。この構成により、一次電流I1_1,I1_2と二次電流I2_1,I2_2、これら全てを検出することが可能となる。
In the first embodiment, the
このとき、図8に示すように、電流制御回路42は一次電流I1_1,I1_2それぞれに上側設定値Cと下側設定値Dを設定している。電流の大きさがその上側設定値Cを超えて大きくなったときには、MOSFET21をOFFにして電流の上昇を抑制する。そして、下側設定値Dを超えて減少した場合には、MOSFET21をONにすることで電流の減少が妨げられる。
At this time, as shown in FIG. 8, the
二次電流I2_1,I2_2両者の最小ピークが基準電流値βよりも大きい状態にある場合は、このような第1の実施形態と同様の制御が実施される。しかし、それのみの制御では、燃焼室内の気流の変化などにより、二次電流I2_1,I2_2のうちどちらか一方でも基準電流値βを超えて減少した場合に、対処できず失火を招くおそれがある(I2_1点線)。その場合に備え、本実施形態では加えて次に説明する制御が行われる。 When the minimum peaks of both the secondary currents I2_1 and I2_2 are larger than the reference current value β, the same control as in the first embodiment is performed. However, with only that control, if either one of the secondary currents I2_1 and I2_2 decreases beyond the reference current value β due to changes in the airflow in the combustion chamber, there is a risk of misfire due to failure to deal with. (I2_1 dotted line). In preparation for such a case, the control described below is performed in addition to the present embodiment.
図9は、電流制御回路42により実施される二次電流制御のフローチャートを示している。
FIG. 9 shows a flowchart of secondary current control performed by the
まず、電流検出回路41に二次コイル17A,17Bに流れる二次電流I2_1,I2_2の大きさαをそれぞれ検出させる(S1)。そして、検出された二次電流I2_1,I2_2の大きさαの絶対値が基準電流値βよりも小さくなったかを判定する(S2)。二次電流I2_1,I2_2の大きさαの絶対値が基準電流値βよりも小さくなかった場合は、二次電流I2_1,I2_2の大きさαの検出(S1)に戻る(S2:NO)。二次電流I2_1,I2_2の大きさαの絶対値が基準電流値βよりも小さかった場合には、上側設定値Cと下側設定値Dを、点火プラグ20の放電開始に際して設定された上側設定値Aと下側設定値Bに変更する(S3:YES)。
First, the
上記構成により、本実施形態に係る内燃機関用点火システム40の電流制御回路42は、以下の効果を奏する。
With the configuration described above, the
・二次電流I2_1,I2_2両者の最小ピークが基準電流値β(図8)よりも大きい状態にある場合、予め設定された上側設定値Cと下側設定値Dの範囲に一次電流I1_1,I1_2が収まるように制御される。このため、二次電流I2_1,I2_2は外部要因の影響を受けない限り、所定域に制御される。 When the minimum peaks of both the secondary currents I2_1 and I2_2 are larger than the reference current value β (FIG. 8), the primary currents I1_1 and I1_2 are within the preset upper set value C and lower set value D. Is controlled so that For this reason, the secondary currents I2_1 and I2_2 are controlled to a predetermined range as long as they are not affected by external factors.
・二次電流I2_1,I2_2のうちどちらか一方でも基準電流値βを超えて減少した場合に、一次電流I1_1,I1_2において予め設定していた上側設定値Cと下側設定値Dを、上側設定値Aと下側設定値Bに変更する。こうすることで、一次電流I1_1,I1_2をそれぞれ大きくすることが出来、二次電流I2_1,I2_2の減少を抑制する事が可能となる。 When either one of the secondary currents I2_1 and I2_2 decreases beyond the reference current value β, the upper set value C and the lower set value D set in advance in the primary currents I1_1 and I1_2 are set to the upper side. Change to value A and lower set value B. By so doing, it is possible to increase the primary currents I1_1 and I1_2, respectively, and to suppress the decrease in the secondary currents I2_1 and I2_2.
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
・二次コイル17A,17Bそれぞれの第一端に電流検出回路41を接続させていた。このことについて、ダイオード14A,14Bのアノード側の電流経路の合流点と点火プラグ20との間に電流検出回路31を接続してもよい。そうすることで、電流検出回路31に接続される電流経路を少なくすることが出来、構造を簡便化することが出来る。
The
・二次電流I2_1,I2_2のうちどちらか一方でも基準電流値βを超えて減少した場合に、一次電流において予め設定していた上側設定値Cと下側設定値Dを、上側設定値Aと下側設定値Bに変更するとしていた。このことについて、変更後の設定値は上側設定値Aと下側設定値Bに限る必要はない。IGBT15A,15Bの損傷のおそれがなく、二次電流I2_1,I2_2それぞれが限界電流値γよりも小さくならないように制御できるならば、変更される上側設定値Aと下側設定値Bの値に制限はない。
When either one of the secondary currents I2_1 and I2_2 decreases beyond the reference current value β, the upper set value C and the lower set value D set in advance in the primary current are changed to the upper set value A and It was supposed to be changed to the lower set value B. In this regard, the set values after the change need not be limited to the upper set value A and the lower set value B. If there is no risk of damage to the
上記各実施形態について、以下のように変更して実施してもよい。 About each said embodiment, you may change as follows and may implement.
・上記各実施形態では、供給される電圧はバッテリ11の電圧をDC−DCコンバータ12により昇圧されたものとしていた。このことについて、図10に示したようにハイブリッド車で使用される高圧バッテリ61に変更しても良い。この場合、高圧バッテリ61の全電圧(最高圧)に限らず、一部の電圧を使用するだけでもよい。こうすることで、DC−DCコンバータ12での昇圧は必要なくなり、構造も簡便化することが出来る。
In the above embodiments, the supplied voltage is obtained by boosting the voltage of the
・各実施形態における電流制御回路23,32,42は、マイコンや駆動回路などで構成されており、一次電流I1_1,I1_2や二次電流I2_1,I2_2を制御していた。このことについて、回路内に電流制御回路23,32,42を設置せずに、ECU13又はDC−DCコンバータ12内にあるCPUに電流制御回路23,32,42が行う制御を請け負わせてもよい。こうすることで、構造の簡便化を図ることが出来る。
The
・一次電流I1_1,I1_2の制御を行なうスイッチング素子として、各実施形態では、MOSFET21とIGBT15を使用していた。このことについて、パワートランジスタやサイリスタやトライアックなどに変更してもよい。
In each embodiment, the
・各実施形態において、点火コイル19Aと点火コイル19Bを備えていた。このことについて、点火コイル19を1つだけ備える構成(多重点火方式)であってもよい。この場合でも、各実施形態における電流制御回路23,32,42は、あくまで予め設定された上側設定値Aと下側設定値B又は、上側設定値Cと下側設定値Dの間に一次電流I1が収まるようにMOSFET21を制御する。こうすることで、構造の簡便化を図ることが出来る。
In each embodiment, the
・本点火システムは、DCO方式及び多重点火方式に限らず、図11に示すような交流点火方式でも適用可能である。かかる点火システム70は、図示の如く、イグナイタ74のIGBT76の両端(入力端と出力端)に、ダイオード77及びコンデンサ78が各々並列接続されている。また、点火プラグ20は、点火コイル75の二次コイル73に並列接続され、二次コイル73の出力電圧が何れの極性であっても、放電動作が行われるように配線されている。
The present ignition system is not limited to the DCO system and the multiple ignition system, but can be applied to an AC ignition system as shown in FIG. In the
かかる点火システム70では、IGBT76をON状態として一次電流が規定値に到達すると、当該IGBT76をOFFに切換え、一次コイル71とコンデンサ78との間で電荷の充電・放電を繰り返させて一次電流を振動させる。このとき、点火プラグ20では、一次電流が振動する振動期間について、極性方向を交互に切換えつつ放電を繰り返す。このように、本点火システム70についても、DCO方式の点火システム10と同様、一定期間について放電動作が持続される。
In such an
このような点火システム70では、点火プラグ20への印加電圧が正極・負極の両極性で放電できるように、DC−DCコンバータ12において昇圧される電圧を設定しなければならない。その結果、電圧が一定範囲で維持されていればコンデンサ78に蓄積される電荷量も設計予定値とされるので、一次電流の最大ピークが上側設定値A又は上側設定値Cに到達するようになる。
In such an
この場合に、電流制御回路23によりMOSFET21のON/OFF制御が行われ、上側設定値Aと下側設定値B又は、上側設定値Cと下側設定値Dの間に一次電流が収まる。このため、IGBT76の消費電力を過剰に高めること無く、点火プラグ20での連続的な放電動作が確実に行われることとなる。
In this case, ON / OFF control of the
12…DC−DCコンバータ(電圧印加手段)、13…ECU(放電実行手段)、15A,15B…IGBT(第一スイッチング素子)、16A,16B,71…一次コイル、17A,17B,73…二次コイル、19A,19B,75…点火コイル、20…点火プラグ、21…MOSFET(第2スイッチング素子)、22…ダイオード、23…電流制御回路(一次電流制御手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
一次コイル(16、71)及び二次コイル(17、73)を具備し、前記二次コイルにより前記点火プラグに電圧を印加する点火コイル(19、75)と、
所定の電圧を昇圧して前記一次コイルに印加するDC−DCコンバータ(12)と、
前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行う第一スイッチング素子(15)と、
前記第一スイッチング素子の駆動を制御することで、前記点火プラグにより連続放電又は多重放電を実行させる放電実行手段(13)と、
前記DC−DCコンバータと前記一次コイルとの間に接続され、前記一次コイルへ流れる一次電流の切断と導通を行う第二スイッチング素子(21)と、
前記第二スイッチング素子と前記一次コイルとの間にカソードが接続され、アノードが接地されたダイオード(22)と、
前記放電実行手段による前記第一スイッチング素子の駆動中において、前記一次コイルに流れる電流が第一所定域に収まるように前記第二スイッチング素子を制御する一次電流制御手段(23、32、42)と、
を備え、
前記一次電流制御手段は、前記点火プラグを点火させる点火信号(IGT_1,IGT_2)に依存しないことを特徴とする内燃機関用点火システム。 A spark plug (20) for generating a spark discharge for igniting a combustible mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine;
An ignition coil (19, 75) comprising a primary coil (16, 71) and a secondary coil (17, 73), and applying a voltage to the spark plug by the secondary coil;
A DC-DC converter (12) for boosting a predetermined voltage and applying it to the primary coil;
A first switching element (15) for cutting off and conducting a primary current flowing to the primary coil;
Discharge controlling means (13) for controlling the driving of the first switching element to execute continuous discharge or multiple discharge by the spark plug;
A second switching element (21) connected between the DC-DC converter and the primary coil for cutting off and conducting a primary current flowing to the primary coil;
A diode (22) having a cathode connected between the second switching element and the primary coil and an anode grounded;
Primary current control means (23, 32, 42) for controlling the second switching element so that the current flowing through the primary coil falls within a first predetermined range during driving of the first switching element by the discharge execution means; ,
With
The ignition system for an internal combustion engine , wherein the primary current control means does not depend on an ignition signal (IGT_1, IGT_2) for igniting the ignition plug .
前記一次電流制御手段は、前記一次電流検出手段により検出された前記一次電流が前記第一所定域に収まるように前記第二スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関用点火システム。 Primary current detection means (24, 41) for detecting the primary current flowing in the primary coil;
The said primary current control means controls the said 2nd switching element so that the said primary current detected by the said primary current detection means may be settled in the said 1st predetermined area, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Ignition system for internal combustion engines.
前記一次電流制御手段(32、42)は、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流に基づいて、前記一次電流が前記第一所定域に収まるように前記第二スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関用点火システム。 Secondary current detection means (31, 41) for detecting a secondary current flowing in the secondary coil,
The primary current control means (32, 42) controls the second switching element based on the secondary current detected by the secondary current detection means so that the primary current falls within the first predetermined range. The ignition system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , characterized in that:
前記一次電流制御手段(32、42)は、前記二次電流検出手段により検出された前記二次電流の電流値が第三所定域を逸脱した場合に、以後の前記放電実行手段による前記第一スイッチング素子の駆動中において、前記一次電流制御手段により、前記第二スイッチング素子を制御することで第三所定域からの逸脱を抑制することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の内燃機関用点火システム。 A secondary current detecting means for detecting a secondary current flowing in the secondary coil;
The primary current control means (32, 42), when the current value of the secondary current detected by the secondary current detection means deviates from a third predetermined range, during driving of the switching element, by the primary current control means, in any one of claims 1 to 7, characterized in that to suppress the deviation from the third predetermined range by controlling the second switching element An ignition system for an internal combustion engine as described.
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