JP6604265B2 - Ignition control device - Google Patents

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Description

本発明は、点火制御装置に関する。   The present invention relates to an ignition control device.

1次コイルへの通電及び遮断によって点火プラグに火花放電を生じさせた後、エネルギー投入回路から断続的に1次コイルに電気エネルギーを投入し、2次コイルを流れる2次電流を所定の目標値に維持する点火装置が提案されている(例えば、特許文献1)。   After spark discharge is generated in the spark plug by energizing and shutting off the primary coil, electrical energy is intermittently input to the primary coil from the energy input circuit, and the secondary current flowing through the secondary coil is set to a predetermined target value. An ignition device that maintains the above is proposed (for example, Patent Document 1).

特開2015−200255号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2015-200255

上記技術において、1次コイルに投入される電気エネルギーは、2次コイルに流れる2次電流の目標値を維持できるように制御される。ところが、個々の点火コイル(1次コイル)の抵抗やインダクタンスは、製品バラツキ、使用環境、及び経年劣化等に起因してばらつくのが一般的である。そのため、1次コイルの特性(抵抗およびインダクタンス)のばらつきを考慮せずに2次電流の目標値に基づいて一律に1次コイルに投入される電気エネルギーを制御すると、点火プラグへ供給される電流が不足して混合気へ着火できなくなり、排気ガスを還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)制御や筒内において理論空燃比よりも高いリーン空燃比で混合気を燃焼させるリーン燃焼の実行を中止せざるをえず、燃費が悪化するおそれがある。あるいは、必要以上の電流が点火プラグに流れ、点火プラグの電極が消耗するおそれがある。   In the above technique, the electrical energy input to the primary coil is controlled so as to maintain the target value of the secondary current flowing through the secondary coil. However, the resistance and inductance of individual ignition coils (primary coils) generally vary due to product variations, usage environments, aging degradation, and the like. For this reason, if the electric energy supplied to the primary coil is controlled uniformly based on the target value of the secondary current without considering variations in the characteristics (resistance and inductance) of the primary coil, the current supplied to the spark plug The exhaust gas recirculation (EGR) control that recirculates exhaust gas and lean combustion that burns the air-fuel mixture at a lean air-fuel ratio higher than the stoichiometric air-fuel ratio in the cylinder must be stopped. However, there is a risk that fuel economy will deteriorate. Alternatively, more current than necessary may flow through the spark plug and the spark plug electrode may be consumed.

そこで、本明細書開示の点火制御装置は、点火コイルが備える1次コイルへ投入される電気エネルギーを最適化することを課題とする。   Accordingly, an object of the ignition control device disclosed in this specification is to optimize the electric energy input to the primary coil included in the ignition coil.

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された点火制御装置は、1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、コンデンサとスイッチング手段とを含み、前記スイッチング手段のオンオフにより、前記コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを点火プラグの放電開始後に前記1次コイルに投入して前記1次コイルに1次電流を流すエネルギー投入部と、前記1次コイルに前記1次電流が流れることにより前記2次コイルに流れる2次電流が目標値を維持するように、前記スイッチング手段がオンである期間は一定のまま、前記スイッチング手段のスイッチング周波数を変更して前記エネルギー投入部から前記1次コイルに投入する前記電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、前記点火プラグの放電開始後に前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次電流の変化の傾き、又は、前記スイッチング手段がオンされている期間における前記1次電流の変化の傾きを取得する取得部と、を備え、前記エネルギー制御部は、前記1次電流の変化の傾きが緩慢なほど前記スイッチング周波数を増加させ、前記1次電流の変化の傾きが急峻なほど前記スイッチング周波数を低下させる。
In order to solve such a problem, an ignition control device disclosed in the present specification includes an ignition coil including a primary coil and a secondary coil, a capacitor, and switching means. An energy input unit for supplying electric energy stored in the capacitor to the primary coil after starting the discharge of the spark plug and causing the primary current to flow to the primary coil, and the primary current flowing to the primary coil. The switching frequency of the switching means is changed by changing the switching frequency of the switching means so that the secondary current flowing in the secondary coil maintains a target value while the switching means is on, and the primary coil is changed from the energy input unit. an energy control unit for controlling the electrical energy put into, the primary coil after start of discharging said ignition plug An acquisition unit that acquires a slope of change in the primary current during a period when the electrical energy is input, or a slope of change in the primary current during a period in which the switching unit is turned on, and The energy control unit increases the switching frequency as the slope of the change in the primary current is slower, and decreases the switching frequency as the slope of the change in the primary current is steeper.

本明細書開示の点火制御装置によれば、点火コイルが備える1次コイルへ投入する電気エネルギーを最適化することができる。   According to the ignition control device disclosed in this specification, it is possible to optimize the electric energy input to the primary coil included in the ignition coil.

図1は、一実施形態に係る点火制御装置が適用された点火システムの構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ignition system to which an ignition control device according to an embodiment is applied. 図2は、点火システムの動作を示すタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart showing the operation of the ignition system. 図3は、ECUが実行するスイッチング周波数変更処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a switching frequency changing process executed by the ECU. 図4(a)〜図4(d)は、1次電流の変化の傾きと2次電流との関係を説明するための図である。FIG. 4A to FIG. 4D are diagrams for explaining the relationship between the slope of the change in the primary current and the secondary current. 図5は、スイッチング周波数マップの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a switching frequency map.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, in the drawings, the dimensions, ratios, and the like of each part may not be shown so as to completely match the actual ones. In some cases, details are omitted in some drawings.

図1は、一実施形態に係る点火制御装置が適用された点火システム1の構成を示す概略図である。本実施形態に係る点火システム1は、車両走行用の火花点火エンジンに搭載され、所定の点火時期に燃焼室内の混合気に点火する。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。また、本実施形態において点火システム1は、各気筒の点火プラグ2ごとに対応した点火コイル3を用いるDI(ダイレクト・イグニッション)タイプである。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an ignition system 1 to which an ignition control device according to an embodiment is applied. The ignition system 1 according to the present embodiment is mounted on a spark ignition engine for vehicle travel, and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber at a predetermined ignition timing. An example of the engine is a direct injection engine capable of lean burn using gasoline as fuel, and a swirl flow control means for generating a swirl flow of an air-fuel mixture such as a tumble flow or a swirl flow in a cylinder. Prepare. In this embodiment, the ignition system 1 is a DI (direct ignition) type that uses an ignition coil 3 corresponding to each ignition plug 2 of each cylinder.

点火システム1は、ECU(Electronic Control Unit)4を備える。ECU4は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び記憶装置等を備える。ECU4は、制御に使用する各種マップ(後述するスイッチング周波数マップを含む)をROMや記憶装置に記憶している。また、ECU4は、ROMや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより後述するスイッチング周波数変更処理等を実行する。なお、ECU4は、エネルギー制御部及び取得部の一例である。   The ignition system 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 4. The ECU 4 includes a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and a storage device. The ECU 4 stores various maps (including a switching frequency map described later) used for control in a ROM or a storage device. Moreover, ECU4 performs the switching frequency change process etc. which are mentioned later by running the program memorize | stored in ROM or the memory | storage device. The ECU 4 is an example of an energy control unit and an acquisition unit.

ECU4には、車両に搭載されてエンジンの運転状態や制御状態を示すパラメータ(暖機状態、エンジン回転速度、エンジン負荷、希薄燃焼の有無、旋回流の程度等)を検出する各種センサから信号が入力される。ECU4は、各種センサから取得したエンジンパラメータに応じた点火信号IGt、放電継続信号IGw、及び目標二次電流信号IGAを生成して出力する。点火信号IGtは、後述する主点火回路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および点火開始時期を指令する信号である。放電継続信号IGwは、継続火花放電(詳細は後述する)を継続する期間を指令する信号である。目標二次電流信号IGAは、2次コイル6に流れる2次電流I2の目標値(以下、維持目標電流値と呼ぶ)を指示する信号である。なお、ECU4は、維持目標電流値をエンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流値に設定する。ECU4は、点火信号IGt及び放電継続信号IGwにより1次コイル5の通電を制御して点火コイル3の2次コイル6に生じる電気エネルギーを操作し、点火プラグ2の火花放電を制御する。   The ECU 4 receives signals from various sensors that are mounted on the vehicle and detect parameters (warm-up state, engine speed, engine load, presence / absence of lean combustion, degree of swirling flow, etc.) that indicate the operating state and control state of the engine. Entered. The ECU 4 generates and outputs an ignition signal IGt, a discharge continuation signal IGw, and a target secondary current signal IGA corresponding to engine parameters acquired from various sensors. The ignition signal IGt is a signal for instructing a period during which magnetic energy is stored in the primary coil 5 and an ignition start timing in the main ignition circuit 8 described later. The discharge continuation signal IGw is a signal for instructing a period for continuing the continuous spark discharge (details will be described later). The target secondary current signal IGA is a signal for instructing a target value of the secondary current I2 flowing through the secondary coil 6 (hereinafter referred to as a maintenance target current value). The ECU 4 sets the maintenance target current value to a current value at which the discharge can be satisfactorily maintained according to the operation region determined from the engine load and the rotational speed. The ECU 4 controls the electric energy generated in the secondary coil 6 of the ignition coil 3 by controlling the energization of the primary coil 5 by the ignition signal IGt and the discharge continuation signal IGw, and controls the spark discharge of the spark plug 2.

また、ECU4は、後述するエネルギー投入回路9に含まれる投入用スイッチング手段24のスイッチング周波数を指示する周波数信号SFを後述する投入用ドライバ回路25に出力する。   Further, the ECU 4 outputs a frequency signal SF that indicates the switching frequency of the input switching means 24 included in the energy input circuit 9 described later to the input driver circuit 25 described later.

また、本実施形態に係る点火システム1は、フルトラに基づき火花放電(以下、主点火と呼ぶ)を発生させる主点火回路8と、主点火として生じた火花放電を電気エネルギーの追加投入により継続火花放電として継続させるエネルギー投入回路9を備える。また、点火システム1は、2次電流I2を検出して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、1次コイル5に流れる電流(1次電流I1)を測定する1次電流センサ31と、を備える。1次電流センサ31の検出値は、ECU4に入力される。なお、エネルギー投入回路9はエネルギー投入部の一例である。   In addition, the ignition system 1 according to the present embodiment includes a main ignition circuit 8 that generates a spark discharge (hereinafter referred to as main ignition) based on a full tiger, and a spark discharge generated as main ignition by continuous addition of electric energy. An energy input circuit 9 that is continued as a discharge is provided. Further, the ignition system 1 detects a secondary current I2 and feeds it back to the energy input circuit 9, a primary current sensor 31 that measures a current (primary current I1) flowing through the primary coil 5, Is provided. The detection value of the primary current sensor 31 is input to the ECU 4. The energy input circuit 9 is an example of an energy input unit.

なお、主点火回路8、エネルギー投入回路9、およびフィードバック回路10は、点火回路ユニットとして1つのケース内に収容配置され、点火プラグ2、点火コイル3および点火回路ユニットは、気筒数と同数設けられて気筒毎に設置される。   The main ignition circuit 8, the energy input circuit 9, and the feedback circuit 10 are accommodated in one case as an ignition circuit unit, and the ignition plug 2, the ignition coil 3, and the ignition circuit unit are provided in the same number as the number of cylinders. Installed for each cylinder.

点火プラグ2は、周知構造を有するものであり、2次コイル6の一端に接続される中心電極と、エンジンのシリンダヘッド等を介してアース接地される接地電極とを備え、2次コイル6に生じる電気エネルギーにより中心電極と接地電極との間で火花放電を生じさせる。   The spark plug 2 has a well-known structure, and includes a center electrode connected to one end of the secondary coil 6 and a ground electrode grounded through an engine cylinder head or the like. The generated electrical energy causes a spark discharge between the center electrode and the ground electrode.

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I1)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I2)を発生させる周知構造である。   The ignition coil 3 includes a primary coil 5 and a secondary coil 6, and a current (secondary current) is supplied to the secondary coil 6 by electromagnetic induction in accordance with increase / decrease of a current (primary current I1) flowing through the primary coil 5. It is a well-known structure that generates I2).

1次コイル5の一端は車載バッテリ12のプラス電極に接続され、1次コイル5の他端は主点火回路8の点火用スイッチング手段13を介してアース接地される。さらに、1次コイル5の他端には、点火用スイッチング手段13を介してアース接地されるラインと並列に、エネルギー投入回路9が接続されている。   One end of the primary coil 5 is connected to the plus electrode of the on-vehicle battery 12, and the other end of the primary coil 5 is grounded via the ignition switching means 13 of the main ignition circuit 8. Further, an energy input circuit 9 is connected to the other end of the primary coil 5 in parallel with a line grounded via the ignition switching means 13.

2次コイル6の一端は上述したように点火プラグ2の中心電極に接続され、2次コイル6の他端はフィードバック回路10に接続されている。なお、2次コイル6の他端は、2次電流I2の方向を一方向に限定する第1ダイオード14を介してフィードバック回路10に接続されている。   One end of the secondary coil 6 is connected to the center electrode of the spark plug 2 as described above, and the other end of the secondary coil 6 is connected to the feedback circuit 10. The other end of the secondary coil 6 is connected to the feedback circuit 10 via a first diode 14 that limits the direction of the secondary current I2 to one direction.

主点火回路8は、1次コイル5の通電状態を断続する点火用スイッチング手段13を備える。主点火回路8は、点火用スイッチング手段13のオンオフにより、1次コイル5にエネルギーを蓄えさせるとともに、1次コイル5に蓄えたエネルギーを利用して2次コイル6に高電圧を発生させ、点火プラグ2に主点火を生じさせる。   The main ignition circuit 8 includes ignition switching means 13 for intermittently energizing the primary coil 5. The main ignition circuit 8 causes the primary coil 5 to store energy when the ignition switching means 13 is turned on and off, and also uses the energy stored in the primary coil 5 to generate a high voltage in the secondary coil 6 for ignition. Main ignition is caused to the plug 2.

より具体的には、主点火回路8は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間に点火用スイッチング手段13をオンすることで、1次コイル5に車載バッテリ12の電圧を印加してプラスの1次電流I1を通電し、1次コイル5に磁気エネルギーを蓄えさせる。その後、主点火回路8は、点火用スイッチング手段13のオフにより、電磁誘導によって磁気エネルギーを電気エネルギーに変換して2次コイル6に高電圧を発生させ、主点火を生じさせる。   More specifically, the main ignition circuit 8 applies the voltage of the vehicle-mounted battery 12 to the primary coil 5 by turning on the ignition switching means 13 during a period in which the ignition signal IGt is given from the ECU 4, thereby adding a positive 1 The primary current I1 is energized, and the primary coil 5 is made to store magnetic energy. Thereafter, when the ignition switching means 13 is turned off, the main ignition circuit 8 converts magnetic energy into electric energy by electromagnetic induction and generates a high voltage in the secondary coil 6 to cause main ignition.

なお、点火用スイッチング手段13は、パワートランジスタ、MOS型トランジスタ等である。   The ignition switching means 13 is a power transistor, a MOS transistor, or the like.

エネルギー投入回路9は、昇圧回路15と、投入エネルギー制御手段16とを備える。   The energy input circuit 9 includes a booster circuit 15 and input energy control means 16.

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。   The booster circuit 15 boosts the voltage of the in-vehicle battery 12 and stores it in the capacitor 18 during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 4.

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。   The input energy control means 16 inputs the electric energy stored in the capacitor 18 to the negative side (ground side) of the primary coil 5.

昇圧回路15は、コンデンサ18以外に、チョークコイル19、昇圧用スイッチング手段20、昇圧用ドライバ回路21および第2ダイオード22を備える。なお、昇圧用スイッチング手段20は、例えば、MOS型トランジスタである。   In addition to the capacitor 18, the booster circuit 15 includes a choke coil 19, a boosting switching unit 20, a booster driver circuit 21, and a second diode 22. Note that the boosting switching means 20 is, for example, a MOS transistor.

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。   One end of the choke coil 19 is connected to the plus electrode of the in-vehicle battery 12, and the energization state of the choke coil 19 is intermittently connected by the boosting switching means 20. Further, the boosting driver circuit 21 supplies a control signal to the boosting switching means 20 to turn on and off the boosting switching means 20, and the magnetic energy stored in the choke coil 19 by the on / off operation of the boosting switching means 20. Is charged as electrical energy by the capacitor 18.

昇圧用ドライバ回路21は、ECU4から点火信号IGtが与えられる期間において昇圧用スイッチング手段20を所定周期で繰り返してオンオフするように設けられている。   The step-up driver circuit 21 is provided so as to repeatedly turn on and off the step-up switching means 20 at a predetermined period during a period when the ignition signal IGt is given from the ECU 4.

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。   The second diode 22 prevents the electrical energy stored in the capacitor 18 from flowing back to the choke coil 19 side.

投入エネルギー制御手段16は、投入用スイッチング手段24、投入用ドライバ回路25および第3ダイオード26を備える。なお、投入用スイッチング手段24は、例えば、MOS型トランジスタである。投入用スイッチング手段24は、スイッチング手段の一例である。   The input energy control means 16 includes an input switching means 24, an input driver circuit 25 and a third diode 26. The switching means 24 for making up is, for example, a MOS transistor. The input switching means 24 is an example of a switching means.

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する。   The input switching means 24 turns on / off to input the electric energy stored in the capacitor 18 into the primary coil 5 from the minus side.

投入用ドライバ回路25は、ECU4から入力された周波数信号SFに基づいて、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。より具体的には、投入用ドライバ回路25は、ECU4から入力された周波数信号SFに基づいて投入用スイッチング手段24をオンオフさせて、コンデンサ18から1次コイル5に投入する電気エネルギーを制御することで、放電継続信号IGwが与えられる期間において2次コイル6に流れる2次電流I2を維持目標電流値に維持させる。すなわち、放電継続信号IGwは、投入用スイッチング手段24にオンオフを繰り返させて昇圧回路15から1次コイル5に電気エネルギーを投入する期間を指令する信号であるといえる。   The input driver circuit 25 gives a control signal to the input switching means 24 based on the frequency signal SF input from the ECU 4 to turn it on / off. More specifically, the making driver circuit 25 controls the electric energy inputted from the capacitor 18 to the primary coil 5 by turning on and off the making switching means 24 based on the frequency signal SF inputted from the ECU 4. Thus, the secondary current I2 flowing through the secondary coil 6 is maintained at the maintenance target current value during the period when the discharge continuation signal IGw is applied. That is, it can be said that the discharge continuation signal IGw is a signal for instructing a period during which electric energy is input from the booster circuit 15 to the primary coil 5 by repeatedly turning on and off the input switching means 24.

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。   The third diode 26 prevents the backflow of current from the primary coil 5 to the capacitor 18.

フィードバック回路10は、2次電流I2を検出してエネルギー投入回路9の投入エネルギー制御手段16にフィードバックする。   The feedback circuit 10 detects the secondary current I2 and feeds it back to the input energy control means 16 of the energy input circuit 9.

フィードバック回路10には、2次電流I2を検出する2次電流検出抵抗28、および、フィードバック信号を合成して出力する電流検出回路29が設けられている。そして、2次電流I2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電流検出回路29に出力される。また、電流検出回路29では、検出値と、ECU4から入力される維持目標電流値との比較に応じたフィードバック信号が合成されて投入用ドライバ回路25に出力される。   The feedback circuit 10 includes a secondary current detection resistor 28 that detects the secondary current I2, and a current detection circuit 29 that synthesizes and outputs a feedback signal. The detected value of the secondary current I2 is converted into a voltage by the secondary current detection resistor 28 and output to the current detection circuit 29. In the current detection circuit 29, a feedback signal corresponding to the comparison between the detected value and the maintenance target current value input from the ECU 4 is synthesized and output to the input driver circuit 25.

次に、図2を参照して点火システム1の動作を説明する。なお、図2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、「点火用スイッチング手段13」、「投入用スイッチング手段24」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I1(1次コイル5に流れる電流値)、「I2」は2次電流I2(2次コイル6に流れる電流値)を表す。なお、図2の記載において、1次電流I1及び2次電流I2は、図1に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。   Next, the operation of the ignition system 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, “IGt” represents the input state of the ignition signal IGt as high / low, and “IGw” represents the input state of the discharge continuation signal IGw as high / low. “Ignition switching means 13” and “charging switching means 24” respectively represent ON / OFF of the ignition switching means 13 and charging switching means 24, and “I1” represents the primary current I1 (primary coil 5). , “I2” represents a secondary current I2 (a current value flowing through the secondary coil 6). In the description of FIG. 2, the primary current I1 and the secondary current I2 have a positive value in the direction of the arrow shown in FIG. 1 and a negative value in the direction opposite to the arrow.

点火信号IGtがローからハイへ切り替わると(時間t1参照)、点火信号IGtがハイの期間において、点火用スイッチング手段13がオン状態を維持してプラスの1次電流I1が流れ、1次コイル5に磁気エネルギーが蓄えられる。また、昇圧用スイッチング手段20がオンオフを繰り返して昇圧動作を行い、昇圧された電気エネルギーがコンデンサ18に蓄えられる。   When the ignition signal IGt switches from low to high (see time t1), during the period when the ignition signal IGt is high, the ignition switching means 13 is maintained in an on state and a positive primary current I1 flows, and the primary coil 5 Magnetic energy is stored in Further, the boosting switching means 20 repeatedly turns on and off to perform a boosting operation, and the boosted electrical energy is stored in the capacitor 18.

やがて、点火信号IGtがハイからローへ切り替わると(時間t2参照)、点火用スイッチング手段13がオフされ、1次コイル5の通電状態が突然遮断される。これにより、1次コイル5に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されて2次コイル6に高電圧が発生し、点火プラグ2において主点火が開始される。   Eventually, when the ignition signal IGt switches from high to low (see time t2), the ignition switching means 13 is turned off, and the energized state of the primary coil 5 is suddenly cut off. Thereby, the magnetic energy stored in the primary coil 5 is converted into electric energy, a high voltage is generated in the secondary coil 6, and main ignition is started in the spark plug 2.

点火プラグ2において主点火が開始された後、2次電流I2は略三角波形状で減衰する(I2の破線を参照)。そして、2次電流I2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t3参照)。   After the main ignition is started in the spark plug 2, the secondary current I2 attenuates in a substantially triangular wave shape (see the broken line of I2). Then, before the secondary current I2 reaches the lower limit threshold, the discharge continuation signal IGw is switched from low to high (see time t3).

放電継続信号IGwがローからハイへ切り替わると、周波数信号SFで指示されたスイッチング周波数に基づいて投入用スイッチング手段24がオンオフ制御されて、コンデンサ18に蓄えられていた電気エネルギーが、1次コイル5のマイナス側に順次投入され、1次電流I1は、1次コイル5から車載バッテリ12のプラス電極に向かって流れる。より具体的には、投入用スイッチング手段24がオンされる毎に1次コイル5から車載バッテリ12のプラス電極に向かう1次電流I1が追加され、1次電流I1が傾きSLでマイナス側に増加していく(時間t3〜t4参照)。   When the discharge continuation signal IGw switches from low to high, the on / off switching means 24 is on / off controlled based on the switching frequency indicated by the frequency signal SF, and the electrical energy stored in the capacitor 18 is changed to the primary coil 5. The primary current I1 flows from the primary coil 5 toward the plus electrode of the in-vehicle battery 12 sequentially. More specifically, every time the switching means 24 for turning on is turned on, a primary current I1 from the primary coil 5 toward the positive electrode of the in-vehicle battery 12 is added, and the primary current I1 increases on the negative side with a slope SL. (Refer to times t3 to t4).

そして、1次電流I1が追加される毎に、主点火による2次電流I2と同方向の2次電流I2が2次コイル6に順次追加され、2次電流I2は維持目標電流値を含む所定の範囲に維持される。   Each time the primary current I1 is added, a secondary current I2 in the same direction as the secondary current I2 caused by the main ignition is sequentially added to the secondary coil 6, and the secondary current I2 is a predetermined value including a maintenance target current value. Maintained in the range.

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I2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2において維持される。   As described above, the on / off control of the on-off switching unit 24 causes the secondary current I2 to flow continuously to such an extent that the spark discharge can be maintained. As a result, if the ON state of the discharge continuation signal IGw continues, continuous spark discharge is maintained in the spark plug 2.

次に、ECU4が実行するスイッチング周波数変更処理について説明する。図3は、ECU4が実行するスイッチング周波数変更処理の一例を示すフローチャートである。   Next, switching frequency changing processing executed by the ECU 4 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the switching frequency changing process executed by the ECU 4.

図3の処理では、まず、ECU4は、1次電流センサ31の出力値に基づいて、継続火花放電期間(図2の時間t3〜t4)中の1次電流I1の変化の傾きSLを取得する(ステップS10)。なお、ECU4は、投入用スイッチング手段24がオンされている期間中の1次電流I1の変化の傾きを取得してもよい。   In the process of FIG. 3, first, the ECU 4 obtains the slope SL of the change in the primary current I1 during the continuous spark discharge period (time t3 to t4 in FIG. 2) based on the output value of the primary current sensor 31. (Step S10). Note that the ECU 4 may acquire the slope of the change in the primary current I1 during the period when the switching means for making 24 is turned on.

次に、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きSLから、図5に示すスイッチング周波数マップを用いて、継続火花放電期間に投入用スイッチング手段24をオンオフする回数、すなわち、スイッチング周波数を決定する(ステップS15)。   Next, the ECU 4 uses the switching frequency map shown in FIG. 5 from the slope SL of the change in the primary current I1 to determine the number of times the switching means 24 for turning on / off during the continuous spark discharge period, that is, the switching frequency. (Step S15).

ここで、スイッチング周波数の決定に用いるスイッチング周波数マップについて説明する。   Here, a switching frequency map used for determining the switching frequency will be described.

1次電流I1の変化の傾きSLは、1次コイル5の抵抗及びインダクタンスに依存する。より具体的には、1次コイル5の抵抗及びインダクタンスが高いほど1次電流I1の変化の傾きSLは緩慢となり、1次コイル5の抵抗及びインダクタンスが低いほど1次電流I1の変化の傾きSLは急峻となる。   The change SL of the primary current I1 depends on the resistance and inductance of the primary coil 5. More specifically, the slope SL of the change in the primary current I1 becomes slower as the resistance and inductance of the primary coil 5 are higher, and the slope SL of the change in the primary current I1 is lower as the resistance and inductance of the primary coil 5 are lower. Becomes steep.

ここで、ECU4が、1次電流I1の変化の傾きSLの違いを考慮せず、例えば、平均的な点火コイルの1次コイルにおける1次電流I1の変化の傾きSLnを用いて投入用スイッチング手段24のスイッチング周波数を決定したとする。このとき、1次コイル5の傾きが、スイッチング周波数の決定に用いた傾きSLnと同一であれば、決定されたスイッチング周波数に基づいて1次コイル5に電気エネルギーを投入すれば、実際に2次コイル6を流れる2次電流I2は維持目標電流値に維持される(図4(b)参照)。   Here, the ECU 4 does not consider the difference in the slope SL of the change in the primary current I1, for example, using the slope SLn of the change in the primary current I1 in the primary coil of the average ignition coil. Assume that 24 switching frequencies have been determined. At this time, if the inclination of the primary coil 5 is the same as the inclination SLn used to determine the switching frequency, if the electric energy is input to the primary coil 5 based on the determined switching frequency, the secondary coil is actually secondary. The secondary current I2 flowing through the coil 6 is maintained at the maintenance target current value (see FIG. 4B).

一方、1次コイル5の抵抗及びインダクタンスが低く、1次電流I1の変化の傾きがスイッチング周波数の決定に用いた傾きSLnよりも急峻な傾きSLsであったとする。この場合、ECU4が決定したスイッチング周波数で投入用スイッチング手段24のオンオフを行うと、必要以上の電気エネルギーが1次コイル5に投入され、実際に2次コイル6を流れる電流は維持目標電流値よりも大きくなる(図4(c)参照)。このため、必要以上の電流が点火プラグ2に流れ、点火プラグ2の電極が消耗してしまうおそれがある。   On the other hand, it is assumed that the resistance and inductance of the primary coil 5 are low, and the slope of the change in the primary current I1 is a steeper slope SLs than the slope SLn used to determine the switching frequency. In this case, when the on / off switching means 24 is turned on / off at the switching frequency determined by the ECU 4, more electrical energy than necessary is input to the primary coil 5, and the current actually flowing through the secondary coil 6 is greater than the maintenance target current value. (See FIG. 4C). For this reason, current more than necessary flows through the spark plug 2 and the electrodes of the spark plug 2 may be consumed.

また、1次コイル5の抵抗及びインダクタンスが高く、1次電流I1の変化の傾きがスイッチング周波数の決定に用いた傾きSLnよりも緩慢な傾きSLgであったとする。この場合、ECU4が決定したスイッチング周波数で投入用スイッチング手段24のオンオフを行うと、1次コイル5に投入される電気エネルギーが不足し、実際に2次コイル6を流れる電流は維持目標電流値よりも小さくなってしまう(図4(d)参照)。このとき、実際に2次コイル6を流れる電流が混合気への着火を担保する下限値以下となってしまうと混合気へ着火できないため、例えば、EGR制御やリーン制御の実行を中止しなければならず、燃費が悪化するおそれがある。   Further, it is assumed that the resistance and inductance of the primary coil 5 are high, and the slope of the change in the primary current I1 is a slope SLg that is slower than the slope SLn used to determine the switching frequency. In this case, when the on / off switching means 24 is turned on / off at the switching frequency determined by the ECU 4, the electric energy supplied to the primary coil 5 is insufficient, and the current actually flowing through the secondary coil 6 is less than the maintenance target current value. (See FIG. 4D). At this time, if the current that actually flows through the secondary coil 6 falls below the lower limit value that guarantees ignition of the mixture, the mixture cannot be ignited. For example, execution of EGR control and lean control must be stopped. In other words, fuel consumption may be deteriorated.

そこで、本実施形態に係るスイッチング周波数マップでは、図5に示すように、1次電流I1の変化の傾きSLが緩慢なほどスイッチング周波数が高くなり、1次電流I1の変化の傾きが急峻なほどスイッチング周波数が低くなるよう、1次電流I1の変化の傾きとスイッチング周波数との関係が定義されている。   Therefore, in the switching frequency map according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the slower the slope SL of the change in the primary current I1, the higher the switching frequency, and the steeper the slope of the change in the primary current I1. The relationship between the slope of the change in the primary current I1 and the switching frequency is defined so that the switching frequency is lowered.

したがって、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きSLが急峻なほどスイッチング周波数を低下させ、1次コイル5に必要以上に電気エネルギーが供給されるのを抑制する。これにより、点火プラグ2に必要以上の電流が流れることにより点火プラグ2の電極が消耗するのを抑制することができる。また、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きSLが緩慢なほどスイッチング周波数を増加させる。これにより、EGR制御やリーン燃焼の実行に必要な量の電流を点火プラグ2に供給することができるので、EGR制御やリーン燃焼を継続することができ、燃費が向上する。   Therefore, the ECU 4 decreases the switching frequency as the gradient SL of the change in the primary current I1 is steeper, and suppresses the electric power supplied to the primary coil 5 more than necessary. Thereby, it can suppress that the electrode of the spark plug 2 is consumed when the electric current more than necessary flows through the spark plug 2. Further, the ECU 4 increases the switching frequency as the slope SL of the change in the primary current I1 becomes slower. As a result, an amount of current necessary for execution of EGR control and lean combustion can be supplied to the spark plug 2, so that EGR control and lean combustion can be continued, and fuel efficiency is improved.

図3に戻り、ECU4は決定したスイッチング周波数を指示する周波数信号SFを投入用ドライバ回路25に出力し(ステップS17)、図3の処理を終了する。投入用ドライバ回路25は、周波数信号SFに基づいて、投入用スイッチング手段24をオンオフし、1次コイル5に電気エネルギーを投入する。   Returning to FIG. 3, the ECU 4 outputs the frequency signal SF instructing the determined switching frequency to the input driver circuit 25 (step S <b> 17), and ends the process of FIG. 3. The input driver circuit 25 turns on and off the input switching means 24 based on the frequency signal SF and supplies electric energy to the primary coil 5.

上述の説明から明らかなように、本実施形態に係る点火システム1は、1次コイル5と2次コイル6とを含む点火コイル3と、コンデンサ18と投入用スイッチング手段24を含み、コンデンサ18に蓄えられた電気エネルギーを点火プラグ2の放電開始後に1次コイル5に投入して、1次コイル5に1次電流I1を流すエネルギー投入回路9と、ECU4と、を備える。ECU4は、1次コイル5に流れる1次電流I1によって2次コイル6に流れる2次電流I2が維持目標電流値を維持するように、投入用スイッチング手段24のスイッチング周波数を変更してエネルギー投入回路9から1次コイル5に投入する電気エネルギーを制御する。また、ECU4は、1次コイル5に電気エネルギーを投入している期間における1次電流I1の変化の傾き、又は、投入用スイッチング手段24がオンされている期間における1次電流I1の変化の傾きを取得する。そして、ECU4は、1次電流I1の変化の傾きが緩慢なほどスイッチング周波数を増加させ、1次電流I1の変化の傾きが急峻なほどスイッチング周波数を低下させる。これにより、1次コイル5の特性(抵抗及びインダクタンス)に応じて最適な電気エネルギーを1次コイル5に投入することが出来る。より具体的には、ECU4は、1次コイル5のインダクタンスが低く1次電流I1の変化の傾きが急峻な場合には、スイッチング周波数を低下させ、1次コイル5に必要以上に電気エネルギーが供給されるのを抑制する。これにより、点火プラグ2に必要以上の電流が流れることにより点火プラグ2の電極が消耗するのを抑制することができる。また、ECU4は、1次コイル5のインダクタンスが高く1次電流I1の変化の傾きが緩慢な場合には、スイッチング周波数を増加させることで、必要な電気エネルギーが1次コイル5に投入されるようにする。これにより、EGR制御の実行やリーン燃焼の実行に必要な量の電流を点火プラグ2に供給することができ、EGR制御やリーン燃焼を継続できるため、燃費を向上させることができる。   As is apparent from the above description, the ignition system 1 according to the present embodiment includes the ignition coil 3 including the primary coil 5 and the secondary coil 6, the capacitor 18, and the switching means 24 for charging. An ECU 4 is provided with an energy input circuit 9 for supplying the stored electrical energy to the primary coil 5 after starting the discharge of the spark plug 2 and causing the primary current 5 to flow through the primary coil 5. The ECU 4 changes the switching frequency of the input switching means 24 so that the secondary current I2 flowing through the secondary coil 6 is maintained at the maintenance target current value by the primary current I1 flowing through the primary coil 5, thereby changing the energy input circuit. The electric energy supplied from 9 to the primary coil 5 is controlled. Further, the ECU 4 has a slope of change in the primary current I1 during the period when electric energy is being supplied to the primary coil 5, or a slope of change in the primary current I1 during the period when the switching means 24 for turning on is on. To get. Then, the ECU 4 increases the switching frequency as the slope of the change in the primary current I1 is slow, and decreases the switching frequency as the slope of the change in the primary current I1 is steep. Thereby, optimal electrical energy can be input to the primary coil 5 according to the characteristics (resistance and inductance) of the primary coil 5. More specifically, when the inductance of the primary coil 5 is low and the gradient of the change in the primary current I1 is steep, the ECU 4 decreases the switching frequency and supplies the primary coil 5 with more electrical energy than necessary. It is suppressed that it is done. Thereby, it can suppress that the electrode of the spark plug 2 is consumed when the electric current more than necessary flows through the spark plug 2. Further, when the inductance of the primary coil 5 is high and the gradient of the change in the primary current I1 is slow, the ECU 4 increases the switching frequency so that necessary electrical energy is input to the primary coil 5. To. As a result, an amount of current necessary for execution of EGR control and lean combustion can be supplied to the spark plug 2, and EGR control and lean combustion can be continued, so that fuel efficiency can be improved.

なお、上記実施形態においては、ECU4が、投入用スイッチング手段24のスイッチング周波数を決定していたが、投入用ドライバ回路25が、投入用スイッチング手段24のスイッチング周波数を決定してもよい。この場合、投入用ドライバ回路25にスイッチング周波数マップを記憶させ、1次電流センサ31の検出値を投入用ドライバ回路25に入力するようにすればよい。この場合、投入用ドライバ回路25が、取得部及びエネルギー制御部の一例となる。   In the above embodiment, the ECU 4 determines the switching frequency of the switching means 24 for making, but the driver circuit 25 for making may determine the switching frequency of the switching means 24 for making. In this case, the switching frequency map may be stored in the input driver circuit 25 and the detection value of the primary current sensor 31 may be input to the input driver circuit 25. In this case, the input driver circuit 25 is an example of an acquisition unit and an energy control unit.

また、上記実施形態において、スイッチング周波数マップ(図5)において、1次電流I1の変化の傾きとスイッチング周波数との関係を示す曲線は直線で表されているがこれに限られるものではなく、1次電流I1の変化の傾きが緩慢になるほどスイッチング周波数が高くなるのであれば、両者の関係を示す曲線はどのような形状をしていてもよい。   Further, in the above embodiment, in the switching frequency map (FIG. 5), the curve indicating the relationship between the slope of the change in the primary current I1 and the switching frequency is represented by a straight line, but is not limited to this. As long as the switching frequency becomes higher as the gradient of the change in the next current I1 becomes slower, the curve indicating the relationship between them may have any shape.

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。   The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention, and It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.

1 点火システム(点火制御装置)
3 点火コイル
4 ECU(エネルギー制御部、取得部)
5 1次コイル
6 2次コイル
9 エネルギー投入回路(エネルギー投入部)
18 コンデンサ
24 投入用スイッチング手段(スイッチング手段)

1 Ignition system (ignition control device)
3 ignition coil 4 ECU (energy control unit, acquisition unit)
5 Primary coil 6 Secondary coil 9 Energy input circuit (energy input part)
18 Capacitor 24 Input switching means (switching means)

Claims (1)

1次コイルと2次コイルとを含む点火コイルと、
コンデンサとスイッチング手段とを含み、前記スイッチング手段のオンオフにより、前記コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを点火プラグの放電開始後に前記1次コイルに投入して前記1次コイルに1次電流を流すエネルギー投入部と、
前記1次コイルに前記1次電流が流れることにより前記2次コイルに流れる2次電流が目標値を維持するように、前記スイッチング手段がオンである期間は一定のまま、前記スイッチング手段のスイッチング周波数を変更して前記エネルギー投入部から前記1次コイルに投入する前記電気エネルギーを制御するエネルギー制御部と、
前記点火プラグの放電開始後に前記1次コイルに前記電気エネルギーを投入している期間における前記1次電流の変化の傾き、又は、前記スイッチング手段がオンされている期間における前記1次電流の変化の傾きを取得する取得部と、
を備え、
前記エネルギー制御部は、前記1次電流の変化の傾きが緩慢なほど前記スイッチング周波数を増加させ、前記1次電流の変化の傾きが急峻なほど前記スイッチング周波数を低下させる、
点火制御装置。
An ignition coil including a primary coil and a secondary coil;
Including a capacitor and switching means, and by turning on and off the switching means, the electric energy stored in the capacitor is input to the primary coil after starting the discharge of the spark plug and the primary current is supplied to the primary coil. And
The switching frequency of the switching means remains constant while the switching means is on so that the secondary current flowing through the secondary coil maintains a target value by the primary current flowing through the primary coil. An energy control unit that controls the electric energy that is input to the primary coil from the energy input unit by changing
The slope of the change in the primary current during the period when the electrical energy is input to the primary coil after the spark plug starts discharging , or the change in the primary current during the period when the switching means is on. An acquisition unit for acquiring the inclination;
With
The energy control unit increases the switching frequency as the slope of the change in the primary current is slower, and decreases the switching frequency as the slope of the change in the primary current is steeper.
Ignition control device.
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