JP6455190B2 - 点火装置および点火システム - Google Patents
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Description
なお、以下では、エネルギー投入回路により継続させる火花放電、つまり、主点火に続く火花放電を継続火花放電と呼ぶ。また、継続火花放電が続く期間を放電継続期間と呼ぶ。
さらに、装置個体差、経年劣化および放電環境の多様性等に影響されず火花放電を安定して継続させるため、2次電流を検出してエネルギー投入回路にフィードバックするフィードバック回路を追加した構成を考案した(特願2013−246091参照。この技術は非公知である。)。
図14に示す点火装置100は、フルトラに基づく主点火を点火プラグ101に生じさせる主点火回路102と、主点火に同じ極性を継続させて継続火花放電を生じさせるエネルギー投入回路103とを備える。
ここで、フィードバック回路111では、例えば、2次電流に対する上限下限の閾値が設定されており、検出値と上限、下限の閾値との比較に応じたフィードバック信号が合成されてエネルギー投入回路103に出力される。
ところで、エネルギー投入回路により継続火花放電を継続させる場合、エンジンの運転状態に応じてエネルギーの投入量を制御可能とするのが好ましい。つまり、高流速側(高回転側)では、放電継続のため、短期間で高いエネルギーを投入する必要があり、低流速側(低回転側)では、着火機会増加のため、長期間にわたり低いエネルギーを投入するのが好ましい。このため、エネルギー投入量を制御することができない場合、例えば、高いエネルギーを短期間で投入する必要があるときにエネルギー量が不足したり、低いエネルギーを長期間にわたり投入するのが好ましいときに無用に消費電力が大きくなったりする可能性がある。
主点火回路は、点火コイルの1次コイルの通電制御を行って点火プラグに火花放電を生じさせる。また、エネルギー投入回路は、主点火回路の動作によって開始した火花放電中に、1次コイルの通電制御を行って、点火コイルの2次コイルに同一方向の2次電流を継続して流し、主点火回路の動作によって開始した火花放電を継続させる。また、フィードバック回路は、2次電流を検出してエネルギー投入回路にフィードバックする。さらに、2次電流指令回路は、2次電流の指令値を示す2次電流指令信号とエネルギー投入回路を動作させるための放電継続信号とを含む合成信号の入力を別の制御装置から受ける。
これにより、2次電流の指令値を別の制御装置から点火装置に与える場合に、回路構成を簡単にすることができる。
これにより、複数の信号線を用いる場合、2次電流の指令値として、信号線のハイ/ローの組合せごとに異なる数値を設定することができる。このため、2次電流の指令値の選択の自由度を高めることができる。
これにより、点火装置は、2次電流の指令値を連続的な数値として与えられる。このため、より一層、内燃機関の運転状態に応じた制御が可能になる。
これにより、制御装置と点火装置との間の信号線を少なくすることができる。
これにより、制御装置と点火装置との間の信号線をさらに少なくすることができる。
図1および図2を参照して参考例1の点火装置1を説明する。
点火装置1は、車両走行用の火花点火エンジンに搭載されるものであり、所定の点火時期に燃焼室内の混合気に点火するものである。なお、エンジンの一例は、ガソリンを燃料とする希薄燃焼(リーンバーン)が可能な直噴式エンジンであり、気筒内にタンブル流やスワール流等の混合気の旋回流を生じさせる旋回流コントロール手段を備える。そして、リーンバーンのように気筒内のガス流速が高く火花放電の吹き消え発生の可能性がある運転状態において、点火装置1は、主点火に続けて継続火花放電を行うように制御される。
さらに、点火装置1は、エンジン制御の中枢を成す電子制御ユニット(以下、ECU4と呼ぶ。)から与えられる点火信号IGtや放電継続信号IGw等の信号に基づいて点火コイル3の1次コイル5を通電制御するものであり、1次コイル5を通電制御することで点火コイル3の2次コイル6に生じる電気エネルギーを操作して、点火プラグ2の火花放電を制御する。
点火コイル3は、1次コイル5と2次コイル6とを有し、1次コイル5を流れる電流(1次電流)の増減に応じて電磁誘導により2次コイル6に電流(2次電流)を発生させる周知構造である。
まず、昇圧回路15は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間において車載バッテリ12の電圧を昇圧してコンデンサ18に蓄えさせる。
次に、投入エネルギー制御手段16は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーを1次コイル5のマイナス側(接地側)に投入する。
ここで、チョークコイル19は一端が車載バッテリ12のプラス電極に接続され、昇圧用スイッチング手段20によりチョークコイル19の通電状態が断続される。また、昇圧用ドライバ回路21は、昇圧用スイッチング手段20に制御信号を与えて昇圧用スイッチング手段20をオンオフさせるものであり、昇圧用スイッチング手段20のオンオフ動作により、チョークコイル19で蓄えた磁気エネルギーはコンデンサ18で電気エネルギーとして充電される。
また、第2ダイオード22は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーがチョークコイル19側へ逆流するのを防ぐものである。
ここで、投入用スイッチング手段24は、コンデンサ18に蓄えた電気エネルギーを1次コイル5にマイナス側から投入するのをオンオフし、投入用ドライバ回路25は、投入用スイッチング手段24に制御信号を与えてオンオフさせる。
なお、第3ダイオード26は、1次コイル5からコンデンサ18への電流の逆流を阻止するものである。
ここで、フィードバック回路10には、2次電流を検出する2次電流検出抵抗28が設けられており、2次電流の検出値は、2次電流検出抵抗28により電圧に変換されて出力される。
点火装置1は、2次電流の指令値を示す2次電流指令信号IGaの入力をECU4から受ける2次電流指令回路30を備える。なお、実施例1の2次電流指令回路30は、気筒ごとに設けられて点火回路ユニットUに含まれているが、全気筒共通で点火回路ユニットUとは別に1つだけ設けてもよい。
なお、図3において、「IGt」は点火信号IGtの入力状態をハイ/ローで表すものであり、「IGw」は放電継続信号IGwの入力状態をハイ/ローで表すものである。また、「点火用スイッチ」、「投入用スイッチ」は、それぞれ、点火用スイッチング手段13、投入用スイッチング手段24のオンオフを表し、「I1」は1次電流(1次コイル5に流れる電流値)、「I2」は2次電流(2次コイル6に流れる電流値)を表す。
点火プラグ2において主点火が開始された後、2次電流は略三角波形状で減衰する(I2の点線を参照。)。そして、2次電流が下限の閾値に到達する前に、放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わる(時間t03参照。)。
以上により、投入用スイッチング手段24をオンオフ制御することで、2次電流が火花放電を維持可能な程度に継続して流れる。その結果、放電継続信号IGwのオン状態が続くと、継続火花放電が点火プラグ1において維持される。
参考例1の点火装置1は、2次電流指令信号IGaの入力をECU4から受ける2次電流指令回路30を備え、フィードバック回路10は、2次電流指令回路30から出力された2次電流の指令値と2次電流の検出値とを比較した結果に応じて、1次コイル5の通電制御を行うための制御信号をエネルギー投入回路9に出力する。また、ECU4は、エンジンパラメータに応じて2次電流の指令値を求め、2次電流指令信号IGaを合成して出力する。
これにより、回路構成を簡単にすることができるとともに、2次電流指令信号IGaと放電継続信号IGwとを独立に設定することができる。
これにより、2次電流の指令値として、信号線L1〜L3のハイ/ローの組合せごとに異なる数値を設定することができる。このため、2次電流の指令値の選択の自由度を高めることができる。
参考例2の点火装置1によれば、2次電流指令信号IGaは、図5に示すように、2本の信号線L1、L2によりECU4から点火装置1に出力される。また、ECU4は、実施例1と同様に、2次電流指令信号IGaの態様を信号線L1、L2の電位(ハイ/ロー)の組合せにより設定している。
さらに、指令値出力部33の回路構成は実施例1と同様であるが、スイッチング素子Tr1〜Tr3に入力される制御信号は、実施例1と異なり、信号線L1、L2のハイ/ローを論理変換したものである。
論理変換部38は、例えば、図6(a)に示すように、3つのAND回路39A〜39C、3つのOR回路40A〜40C、4つのNOT回路41A〜41Dを含んで構成されている。
上記の参考例の2次電流指令回路30は、2本または3本の信号線により2次電流指令信号IGaの入力を受けて、3つまたは4つの異なる数値の中から1つの数値を選択することで2次電流の指令値を把握するものであったが、4本以上の信号線により2次電流指令信号IGaの入力を受けてもよく、5つ以上の異なる数値の中から1つの数値を選択することで2次電流の指令値を把握してもよい。
これにより、点火装置1は、2次電流の指令値を連続的な数値として与えられるので、より一層、エンジンの運転状態に応じた制御が可能になる。
図7〜10を参照して実施例1を参考例1と異なる点を中心に説明する。なお、実施例3において上記実施例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
本実施例では、点火装置1とECU4(点火装置1の制御装置)とを合わせて点火システムと呼ぶ。
点火信号送信部4aは、点火信号IGtをパルス信号として点火装置1に送信する。
図8に示すように、点火信号IGtは、主点火回路8において1次コイル5に磁気エネルギーを蓄えさせる期間の始期t01をパルスの立ち上がりタイミングP1で指示し、点火開始時期t02(磁気エネルギーを蓄えさせる期間の終期でもある)をパルスの立下りタイミングP2で指示している。つまり、点火信号IGtがハイの期間ΔQ1が磁気エネルギーを蓄えさせる期間となっている。
すなわち、合成信号IGwaは、エネルギー投入回路9を駆動するのに必要な情報(放電継続信号IGwと2次電流指令信号IGaとが有する情報)を含む信号としてECU4内で生成される。
合成信号IGwaは、合成信号IGwaの立ち上がりタイミングPaと点火信号IGtの立ち上がりタイミングP1との時間差ΔQ3により、2次電流の指令値を指示する。つまり、点火信号IGtと合成信号IGwaとの位相差により2次電流の指令値を指示する。
なお、タイミングP3はタイミングP2を基に点火回路ユニットU内部(例えば、後述するIGw信号抽出回路60)で生成する。
本実施例では、例えば、3つの電流値(100mA,150mA,200mA)の内の1つの値を運転状態等に応じて2次電流指令値として選択する態様である。
例えば、図9に示すように合成信号IGwaはΔQ3が0ms、1ms、2msの3つのパターン(パターン1〜3)のいずれかが選択される。それぞれのパターンによって電流指令値が異なっており、いずれのパターンが選択されたのかの情報を2次電流指令信号IGAとして抽出する。
そこで、合成信号送信部4bは所望の2次電流指令値に応じて、パターン1〜3の内の1つを選択して2次電流指令回路30に出力する。
そして、2次電流指令回路30はいずれのパターンが選択されたかの情報を2次電流指令信号IGAとして抽出する。
遅延回路63、64は並列に接続され、それぞれが点火信号IGtの入力を受ける。
遅延回路63は、点火信号IGtを0.5ms遅延させた信号E1を得る回路である。
遅延回路64は、点火信号IGtを1.5ms遅延させた信号E2を得る回路である。
信号E2はD型フリップフロップ66のD端子に入る。
D型フリップフロップ65、66のCK端子(クロック)には、それぞれ、合成信号IGwaが入る。
すなわち、D型フリップフロップ65のQ端子から出力される信号F1はローであり、D型フリップフロップ66のQ端子から出力される信号F2はローである。
すなわち、D型フリップフロップ65のQ端子から出力される信号F1はハイであり、D型フリップフロップ66のQ端子から出力される信号F2はローである。
すなわち、D型フリップフロップ65のQ端子から出力される信号F1はハイであり、D型フリップフロップ66のQ端子から出力される信号F2はハイである。
スイッチング素子Trbは、D型フリップフロップ66からの信号F2がハイ出力であるときにONとなり、信号F2がロー出力である場合にはOFFとなる。
従って、3つの電流値から1つの電流値を選択しエネルギ投入回路11に出力するための指示信号である2次電流指令信号IGaは、信号F1〜F2として抽出され、実際の2次電流指令値は信号F1〜F2からアナログ出力回路67を介して出力される。
参考例1、2では、ECU4と点火装置1との間の信号線として、1気筒当たり、点火信号IGtを送信するための信号線と、放電継続信号IGwを送信するための信号線と、2次電流指令信号IGaを送信するための信号線とが必要であった。
しかし、本実施例によれば、放電継続信号IGwと2次電流指令信号IGaとを1つの信号線で送信できる。つまり、ECU4と点火装置1との間の信号線を少なくすることができる。
図11〜図13を参照して実施例2を実施例1とは異なる点を中心に説明する。なお、実施例1において上記参考例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
本実施例では、合成信号送信部4bが、気筒毎の合成信号IGwaの全気筒分を多重化して点火装置1に送信する。
ECU4は、気筒毎の合成信号IGwa♯1〜4を、全気筒分を多重化した多重化信号IGWcを点火装置1に送信する。
多重信号処理部75は、各気筒の点火回路ユニットUに設けられていてもよいし、全気筒の点火回路ユニットUを含むコントローラ内において、各気筒の点火ユニット回路Uに対する共通回路として、その上流側に設けられているのでもよい。
例えば、点火信号IGt#1の立ち上がりから所定時間ハイ出力するタイマパルスを生成し、このタイマパルスと多重化信号IGWcとの論理積で合成信号IGwa♯1に対応するパルスP♯1を抽出する。
実施例1では、合成信号IGwaを気筒毎にECU4内で生成して点火装置1に送信していたため、合成信号IGwaを送信するために気筒数と同じ数の信号線が必要であった。しかし、本実施例では、全気筒分を1つの信号線で送信できるため、ECU4と点火装置1との間の信号線を実施例1の場合よりもさらに少なくすることができる。
上記の実施例では、ガソリンエンジンに本発明の点火装置1を用いる例を示したが、継続火花放電によって燃料(具体的には混合気)の着火性の向上を図ることができるため、エタノール燃料や混合燃料を用いるエンジンに適用してもよい。また、粗悪燃料が用いられる可能性のあるエンジンに用いても継続火花放電により着火性の向上を図ることができる。
Claims (8)
- 内燃機関用の点火装置(1)であって、
点火コイル(3)の1次コイル(5)の通電制御を行って点火プラグ(2)に火花放電を生じさせる主点火回路(8)と、
この主点火回路(8)の動作によって開始した火花放電中に、前記1次コイル(5)の通電制御を行って、前記点火コイル(3)の2次コイル(6)に同一方向の2次電流を継続して流し、前記主点火回路(8)の動作によって開始した火花放電を継続させるエネルギー投入回路(9)と、
2次電流を検出して前記エネルギー投入回路(9)にフィードバックするフィードバック回路(10)と、
2次電流の指令値を示す2次電流指令信号(IGa)と前記エネルギー投入回路を動作させるための放電継続信号(IGw)とを含む合成信号(IGwa)の入力を別の制御装置(4)から受ける2次電流指令回路(30)とを備え、
2次電流の指令値は、前記内燃機関の運転状態を示すエンジンパラメータに応じて求められ、
前記フィードバック回路(10)は、前記2次電流指令回路(30)から出力された2次電流の指令値と2次電流の検出値とを比較した結果に応じて、前記1次コイル(5)の通電制御を行うための制御信号を前記エネルギー投入回路(9)に出力することを特徴とする点火装置(1)。 - 請求項1に記載の点火装置(1)において、
前記制御装置(4)から、前記放電継続信号(IGw)が前記点火装置(1)に出力され、
前記エネルギー投入回路(9)は、前記放電継続信号(IGw)が入力されている間、前記1次コイル(5)の通電制御を行い、
前記2次電流指令信号(IGa)と前記放電継続信号(IGw)とは、互いに別の信号線により前記制御装置(4)から前記点火装置(1)に出力されることを特徴とする点火装置(1)。 - 請求項1または請求項2に記載の点火装置(1)において、
前記2次電流指令信号(IGa)は、信号線を用いて前記制御装置(4)から前記点火装置(1)に出力され、
前記2次電流指令回路(30)は、信号線の電位に応じて前記2次電流の指令値を把握することを特徴とする点火装置(1)。 - 請求項1に記載の点火装置(1)において、
前記2次電流指令信号(IGa)は、アナログの電圧信号として指示されることを特徴とする点火装置(1)。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の点火装置(1)において、
前記合成信号(IGwa)は、前記点火信号(IGt)の立ち上がりタイミングP1と同時もしくは前記タイミングP1から遅れて立ち上がるパルス信号であって、
前記合成信号(IGwa)は、前記合成信号(IGwa)の立ち上がりタイミングPaと前記点火信号(IGt)の立ち上がりタイミングP1との時間差により、前記2次電流の指令値を指示し、
前記点火信号(IGt)の立ち下がりタイミングP2から所定時間後のタイミングP3を始期として、前記合成信号(IGwa)の立下りタイミングP4を終期とする期間を継続火花放電を継続する期間として指示することを特徴とする点火装置(1) - 請求項1に記載の点火装置(1)と、
前記点火装置を制御する前記制御装置(4)とを備える点火システムであって、
前記制御装置(4)は、
前記主点火回路(8)を動作させるための点火信号(IGt)をパルス信号として前記点火装置(1)に送信する点火信号送信部(4a)と、
前記合成信号(IGwa)を生成して前記点火装置(1)に送信する合成信号送信部(4b)とを備えることを特徴とする点火システム。 - 請求項6に記載の点火システムにおいて、
前記合成信号(IGwa)は、前記点火信号(IGt)の立ち上がりタイミングP1と同時もしくは前記タイミングP1から遅れて立ち上がるパルス信号であって、
前記合成信号(IGwa)は、前記合成信号(IGwa)の立ち上がりタイミングPaと前記点火信号(IGt)の立ち上がりタイミングP1との時間差により、前記2次電流の指令値を指示し、
前記点火信号(IGt)の立ち下がりタイミングP2から所定時間後のタイミングP3を始期として、前記合成信号(IGwa)の立下りタイミングP4を終期とする期間を継続火花放電を継続する期間として指示することを特徴とする点火システム。 - 請求項6または請求項7に記載の点火システムにおいて、
前記合成信号送信部(4b)は、
気筒毎の前記合成信号(IGwa)の少なくとも2気筒分を多重化して前記点火装置(1)に送信することを特徴とする点火システム。
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