JP6773004B2 - Ignition system for internal combustion engine - Google Patents

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本発明は、高周波プラズマ放電を利用する内燃機関用点火装置に関するものである。 The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine that utilizes high frequency plasma discharge.

自動車エンジン等の内燃機関の燃費を向上させる手法として希薄燃料ガスや排気ガスの一部を吸気側へ導き再度吸気させる排気再循環システム(EGR:Exhaust Gas Recirculation)、および燃焼室の高圧縮比化などが用いられる。しかしながら、いずれの手法も着実な点火が課題であり、着火性を高める必要があった。一般的な内燃機関用点火装置としては、点火コイルとイグナイタで構成された直流電源によって高電圧を発生させ、点火プラグの電極間に絶縁破壊放電を発生させるものが用いられる。 Exhaust gas recirculation system (EGR: Exhaust Gas Recirculation) that guides a part of lean fuel gas or exhaust gas to the intake side and re-intakes it as a method to improve the fuel efficiency of internal combustion engines such as automobile engines, and high compression ratio of the combustion chamber Etc. are used. However, steady ignition is an issue for both methods, and it is necessary to improve the ignitability. As a general ignition device for an internal combustion engine, a device that generates a high voltage by a DC power source composed of an ignition coil and an igniter and generates a dielectric breakdown discharge between the electrodes of a spark plug is used.

これに対し、着火性を高める内燃機関点火装置の一つとしてプラズマ点火装置が提案されている。このプラズマ点火装置は、スパークプラグ、直流電源、交流電源、混合部、および点火制御部を備える。そしてスパークプラグにおける中心電極と接地電極との電極間に交流プラズマを発生させることで点火し、その後スパークプラグに供給される交流電力を低減させ、スパークプラグの寿命を向上させるものであった。
(例えば、特許文献1参照)
On the other hand, a plasma ignition device has been proposed as one of the internal combustion engine ignition devices that enhances ignitability. This plasma ignition device includes a spark plug, a DC power supply, an AC power supply, a mixing unit, and an ignition control unit. Then, ignition is performed by generating AC plasma between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, and then the AC power supplied to the spark plug is reduced to improve the life of the spark plug.
(See, for example, Patent Document 1)

また、交流電源の回路構成例の一つとして高周波プラズマ点火装置が提案されている。これは、バッテリ、フルブリッジインバータ、トランス、共振回路、点火プラグ、高電圧回路により構成され、インバータ回路のアームを共通化することで、点火プラグ個数の2倍より少ないアーム数とする構成であった。(例えば、特許文献2参照) Further, a high frequency plasma ignition device has been proposed as one of the circuit configuration examples of the AC power supply. This is composed of a battery, a full bridge inverter, a transformer, a resonance circuit, a spark plug, and a high voltage circuit. By sharing the arms of the inverter circuit, the number of arms is less than twice the number of spark plugs. It was. (See, for example, Patent Document 2)

特開2012―112310公報(第3〜第13頁、図1〜2)JP2012-112310A (pages 3 to 13, FIGS. 1 and 2) 特開2015−86702号公報(第2〜第10頁、図1)JP 2015-86702 (pages 2 to 10, FIG. 1)

しかしながら、特許文献1に提案されているプラズマ点火装置にあっては、直流電源から出力される高電圧の伝送路と、交流電源から出力される高周波交流電圧の伝送路が、一つの伝送路にまとめて点火プラグに接続されている。交流電源は、点火タイミングにおいて直流電源が出力する高電圧から、混合部のコンデンサによって分離されている。このように構成されたプラズマ点火装置において、燃焼室内の絶縁破壊は点火プラグの電極間の電圧が放電開始電圧に達することによって生じており、混合部のコンデンサにも点火プラグの電極間電圧と同電圧が印加される。このコンデンサに充電された電荷は、絶縁破壊が発生すると同時に、放電電流として交流電源に流入するという課題があった。 However, in the plasma ignition device proposed in Patent Document 1, the high voltage transmission line output from the DC power supply and the high frequency AC voltage transmission line output from the AC power supply are combined into one transmission line. Collectively connected to the ignition plug. The AC power supply is separated from the high voltage output by the DC power supply at the ignition timing by the condenser of the mixing section. In the plasma ignition device configured in this way, insulation destruction in the combustion chamber occurs when the voltage between the electrodes of the spark plug reaches the discharge start voltage, and the voltage between the electrodes of the spark plug is the same for the capacitor in the mixing section. A voltage is applied. There is a problem that the electric charge charged in this capacitor causes dielectric breakdown and at the same time flows into the AC power supply as a discharge current.

これに対し、特許文献2に提案されている高周波プラズマ点火装置にあっては、放電電流はインバータのスイッチング素子のダイオードによって整流され、バッテリに回生される。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、燃料ガスに着火しやすい条件も存在し、このときの点火装置による消費電力を抑制するため、交流電源は停止し、直流電源のみによる点火動作が実施される。この直流電源のみによる点火動作が継続する場合、点火毎に放電電流が交流電源に流入し、回生電力として蓄積される。回生電力は蓄積されるが交流電源が動作しないことから回生電力を消費できず、交流電源内部の電位が上昇する。そのため、高耐圧な回路素子で交流電源を構成する必要があり、交流電源の小型化に限界があった。 On the other hand, in the high-frequency plasma ignition device proposed in Patent Document 2, the discharge current is rectified by the diode of the switching element of the inverter and regenerated into the battery. However, depending on the operating conditions of the internal combustion engine, there are conditions in which the fuel gas is easily ignited, and in order to suppress the power consumption by the ignition device at this time, the AC power supply is stopped and the ignition operation is performed only by the DC power supply. .. When the ignition operation by only the DC power supply continues, the discharge current flows into the AC power supply at each ignition and is stored as regenerative power. Although the regenerative power is stored, the AC power supply does not operate, so the regenerative power cannot be consumed and the potential inside the AC power supply rises. Therefore, it is necessary to configure the AC power supply with high withstand voltage circuit elements, and there is a limit to the miniaturization of the AC power supply.

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、直流電源のみによる点火動作が継続し、コンデンサの放電電流による回生電力が蓄積しても、交流電源内部の印加電圧の上昇を防止できる内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and even if the ignition operation by only the DC power supply continues and the regenerated power due to the discharge current of the capacitor is accumulated, the applied voltage inside the AC power supply rises. It is an object of the present invention to provide an ignition device for an internal combustion engine capable of preventing the above.

本発明にかかる内燃機関用点火装置は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加して前記電極間に火花放電を発生させる放電用電源と、前記火花放電の放電経路に高周波電圧を印加して前記電極間に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、を有する内燃機関用点火装置において、
前記高周波交流電源は、直流電圧源と、入力コンデンサと、前記入力コンデンサの印加電圧を検出する電圧検出手段と、複数のスイッチング素子を有し、前記直流電圧源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの出力端に一次側巻線を接続したトランスと、前記トランスの二次側巻線に接続され、少なくとも1つ以上のコンデンサおよびリアクトルを有し、前記インバータから出力された交流電圧を共振させる共振回路と、前記高周波交流電源から前記点火プラグへ供給される電流を検出する電流検出手段と、前記インバータを構成する前記スイッチング素子のオンおよびオフ動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記入力コンデンサの検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるとき、エネルギー消費動作として前記入力コンデンサに蓄積されたエネルギーを消費するよう、前記インバータを動作させることを特徴とするものである。
The ignition device for an internal combustion engine according to the present invention applies a high DC voltage between a spark plug that ignites a combustible air-fuel mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine and an electrode of the spark plug to generate a spark discharge between the electrodes. In an ignition device for an internal combustion engine having a power supply for discharge and a high-frequency AC power supply that applies a high-frequency voltage to the discharge path of the spark discharge to generate high-frequency plasma between the electrodes.
The high-frequency AC power supply includes a DC voltage source, an input inverter, a voltage detecting means for detecting the applied voltage of the input capacitor, and a plurality of switching elements, and the DC voltage output from the DC voltage source is an AC voltage. An inverter that converts to, a transformer that has a primary winding connected to the output end of the inverter, and a transformer that is connected to the secondary winding of the transformer and has at least one capacitor and reactor, and outputs from the inverter. A resonance circuit that resonates the generated AC voltage, a current detecting means that detects a current supplied from the high-frequency AC power supply to the ignition plug, and a control unit that controls on and off operations of the switching element constituting the inverter. And with
When the detection voltage of the input capacitor is higher than a preset threshold voltage, the control unit operates the inverter so as to consume the energy stored in the input capacitor as an energy consumption operation. It is a feature.

本発明にかかる内燃機関用点火装置によれば、放電用電源のみによる点火動作が継続し、共振コンデンサの放電電流による回生電力が高周波交流電源に蓄積しても、高周波交流電源内部の印加電圧の上昇を防止することができる。 According to the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, even if the ignition operation by only the discharge power supply continues and the regenerated power due to the discharge current of the resonance capacitor is accumulated in the high frequency AC power supply, the applied voltage inside the high frequency AC power supply is used. It is possible to prevent the rise.

本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure example of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の点火タイミングを示す図である。It is a figure which shows the ignition timing of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の高周波交流電源のインバータ動作を示す図である。It is a figure which shows the inverter operation of the high frequency AC power source of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の共振負荷の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the resonance load of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置のエネルギー消費動作のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart of the energy consumption operation of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure example of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる内燃機関用点火装置の再点火動作を示す図である。It is a figure which shows the reignition operation of the ignition device for an internal combustion engine which concerns on Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる内燃機関用点火装置の回路構成例を示す図である。
Embodiment 1.
First, the configuration of the ignition device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration example of an ignition device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.

内燃機関用点火装置1は、点火プラグ10と、放電用電源11と、高周波交流電源2と、を有する。 The internal combustion engine ignition device 1 includes a spark plug 10, a discharge power source 11, and a high-frequency AC power source 2.

放電用電源11は点火プラグ10の電極間を絶縁破壊するために、直流高電圧を印加するものである。前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加することにより電極間に火花放電を発生させることができる。点火プラグ10は、内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる。 The discharge power supply 11 applies a high DC voltage in order to carry out dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10. A spark discharge can be generated between the electrodes by applying a high DC voltage between the electrodes of the spark plug. The spark plug 10 ignites a combustible mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine.

高周波交流電源2は、点火プラグ10に高周波電圧を印加するものである。火花放電の放電経路に高周波電圧を印加することにより電極間に高周波プラズマを発生させることができる。高周波交流電源2は、直流電圧源3、入力コンデンサ4、電圧検出手段8、インバータ5、トランス6、共振回路7、高周波交流電源2から点火プラグ10に出力される電流を検出する電流検出手段9、および制御部12から構成される。直流電圧源3は、例えば車両に搭載されたバッテリなどから構成される。電圧検出手段8は、入力コンデンサ4の印加電圧を検出する。 The high-frequency AC power supply 2 applies a high-frequency voltage to the spark plug 10. High-frequency plasma can be generated between the electrodes by applying a high-frequency voltage to the discharge path of the spark discharge. The high-frequency AC power supply 2 includes a DC voltage source 3, an input capacitor 4, a voltage detecting means 8, an inverter 5, a transformer 6, a resonance circuit 7, and a current detecting means 9 for detecting the current output from the high-frequency AC power supply 2 to the ignition plug 10. , And a control unit 12. The DC voltage source 3 is composed of, for example, a battery mounted on a vehicle. The voltage detecting means 8 detects the applied voltage of the input capacitor 4.

入力コンデンサ4は回路構成上、直流電圧源3とインバータ5の間に設けられ、直流電圧源3からのリップル電圧を抑制する。 The input capacitor 4 is provided between the DC voltage source 3 and the inverter 5 in the circuit configuration, and suppresses the ripple voltage from the DC voltage source 3.

インバータ5は、複数のスイッチング素子51、52、53、54を有し、直流電圧源3から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。本実施の形態においては入力コンデンサ4を介して直流電圧が交流電圧に変換される。 The inverter 5 has a plurality of switching elements 51, 52, 53, 54, and converts the DC voltage output from the DC voltage source 3 into an AC voltage. In the present embodiment, the DC voltage is converted into an AC voltage via the input capacitor 4.

インバータ5は、スイッチング素子51と52との直列回路からなる第1レグとスイッチング素子53と54との直列回路からなる第2レグとから構成される。インバータ5のスイッチング素子51、53のドレイン端は、直流電圧源3および入力コンデンサ4のプラス端に接続されている。また、インバータ5のスイッチング素子52、54のソース端は、直流電圧源3および入力コンデンサ4のマイナス端に接続されている。また、各スイッチング素子51から54は、逆並列ダイオード(ボディダイオード)を有している。 The inverter 5 is composed of a first leg composed of a series circuit of the switching elements 51 and 52 and a second leg composed of a series circuit of the switching elements 53 and 54. The drain ends of the switching elements 51 and 53 of the inverter 5 are connected to the positive ends of the DC voltage source 3 and the input capacitor 4. Further, the source ends of the switching elements 52 and 54 of the inverter 5 are connected to the negative ends of the DC voltage source 3 and the input capacitor 4. Further, each of the switching elements 51 to 54 has an antiparallel diode (body diode).

なお、本実施の形態では、インバータ5の回路構成はフルブリッジ回路を例に説明するが、例えばハーフブリッジ回路など他の構成を用いてもよい。また、各スイッチング素子はダイオードを内蔵したMOS(Metal Oxide Semiconductor)構成としたが、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transisitor)の他の半導体素子であってもよい。 In the present embodiment, the circuit configuration of the inverter 5 will be described by taking a full bridge circuit as an example, but other configurations such as a half bridge circuit may be used. Further, although each switching element has a MOS (Metal Oxide Semiconductor) configuration having a built-in diode, for example, it may be another semiconductor element of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

トランス6は、インバータ5から出力される交流電圧を昇圧する。トランス6は一次側巻線61と二次側巻線62とを有する。一次側巻線61はインバータ5の出力端に接続され、二次側巻線62は共振回路7と接続される。 The transformer 6 boosts the AC voltage output from the inverter 5. The transformer 6 has a primary winding 61 and a secondary winding 62. The primary winding 61 is connected to the output end of the inverter 5, and the secondary winding 62 is connected to the resonance circuit 7.

トランス6の一次側巻線61と二次側巻線62との巻数比は1:nである。トランス6の二次側巻線62側の電圧を高電圧に昇圧するため、nは1より大きい実数とする。これにより、トランス6の二次側巻線62間に発生する電圧は、トランス6の一次側巻線61間に発生する電圧のn倍に変換される。したがってトランス6の二次側巻線62に流れる電流は、トランス6の一次側巻線61に流れる電流の1/n倍に変換される。 The turns ratio between the primary winding 61 and the secondary winding 62 of the transformer 6 is 1: n. In order to boost the voltage on the secondary winding 62 side of the transformer 6 to a high voltage, n is a real number larger than 1. As a result, the voltage generated between the secondary windings 62 of the transformer 6 is converted to n times the voltage generated between the primary windings 61 of the transformer 6. Therefore, the current flowing through the secondary winding 62 of the transformer 6 is converted to 1 / n times the current flowing through the primary winding 61 of the transformer 6.

共振回路7は、トランス6の二次側巻線62に接続され、共振コンデンサ72と共振リアクトル71とを一つずつ有する。共振回路7は、インバータ5から出力された交流電圧を正弦波に整形する。共振回路7の一例として、本実施の形態では直列LC回路を用いており、具体的にはトランス6の二次側巻線62と共振リアクトル71と共振コンデンサ72とが順に直列に接続されている。なお、他の共振回路を適用しても同様の点火動作を行うことが可能であることは言うまでもない。また、本実施の形態においては、共振コンデンサ72と共振リアクトル71をそれぞれ一つずつ有する構成としているが、少なくとも一つずつ有する構成であればよく、複数設けても良い。 The resonance circuit 7 is connected to the secondary winding 62 of the transformer 6 and has one resonance capacitor 72 and one resonance reactor 71. The resonance circuit 7 shapes the AC voltage output from the inverter 5 into a sine wave. As an example of the resonance circuit 7, a series LC circuit is used in this embodiment. Specifically, the secondary winding 62 of the transformer 6, the resonance reactor 71, and the resonance capacitor 72 are connected in series in order. .. Needless to say, the same ignition operation can be performed by applying another resonance circuit. Further, in the present embodiment, the resonance capacitor 72 and the resonance reactor 71 are provided one by one, but the configuration may be such that at least one is provided, and a plurality of resonance capacitors 72 may be provided.

制御部12は、インバータ5における各スイッチング素子51,52,53,54のオンおよびオフ動作を制御する。この制御は、入力コンデンサ4の印加電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるとき、エネルギー消費動作として入力コンデンサ4に蓄積されたエネルギーを消費するよう、インバータ5のスイッチング素子51,52,53,54を動作させるようにする。 The control unit 12 controls the on and off operations of the switching elements 51, 52, 53, 54 in the inverter 5. In this control, when the applied voltage of the input capacitor 4 is higher than the preset threshold voltage, the switching elements 51 and 52 of the inverter 5 are used so as to consume the energy stored in the input capacitor 4 as an energy consumption operation. , 53, 54 are made to operate.

次に、本実施の形態における内燃機関用点火装置1の基本的な動作について説明する。図2は、本発明の実施の形態1における高周波プラズマ点火のタイミングチャートを示す図である。 Next, the basic operation of the ignition device 1 for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a timing chart of high-frequency plasma ignition according to the first embodiment of the present invention.

図2では、点火タイミング信号、インバータ駆動信号、点火プラグ電圧、点火プラグ電流、入力コンデンサ印加電圧のぞれぞれの状態を示している。図中のT1からT3はそれぞれある時刻を示している。 FIG. 2 shows the states of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, the spark plug current, and the input capacitor applied voltage, respectively. T1 to T3 in the figure each indicate a certain time.

図2の時刻T1において、内燃機関用点火装置1は、図示していないエンジンコントロールユニット(以下、ECUと称する)から出力される点火タイミング信号の立下りに応じて、放電用電源11から点火プラグ10にマイナス電圧の印加を開始する。 At time T1 in FIG. 2, the internal combustion engine ignition device 1 is spark-plugged from the discharge power supply 11 in response to a fall of an ignition timing signal output from an engine control unit (hereinafter referred to as an ECU) (not shown). Start applying a negative voltage to 10.

図2の時刻T2は、点火プラグ10への印加電圧がある電圧に到達する時刻である。この時刻T2では、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊され、火花放電が生ずる。点火プラグ10が絶縁破壊に到達する電圧は、点火プラグ10の電極間の距離や、燃焼室の状態で変化するが数kV〜数10kV印加する必要がある。 The time T2 in FIG. 2 is the time when the voltage applied to the spark plug 10 reaches a certain voltage. At this time T2, the dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10 is generated, and a spark discharge occurs. The voltage at which the spark plug 10 reaches dielectric breakdown varies depending on the distance between the electrodes of the spark plug 10 and the state of the combustion chamber, but it is necessary to apply several kV to several tens of kV.

点火プラグ10が絶縁破壊された後、図2の時刻T3では、高周波交流電源2の動作が開始され、入力コンデンサ4に印加された直流電圧が、インバータ5により高周波交流電圧として出力される。 After the ignition plug 10 is dielectrically broken down, the operation of the high frequency AC power supply 2 is started at time T3 in FIG. 2, and the DC voltage applied to the input capacitor 4 is output as the high frequency AC voltage by the inverter 5.

インバータ5から出力された高周波交流電圧は、トランス6により昇圧される。トランス6により昇圧された交流電圧は共振回路7により正弦波に整形され、数100Vから数kV程度までの電圧値を有する数MHzの高周波交流電圧として点火プラグ10に印加される。そして内燃機関の燃焼室内の燃料と空気の混合気に対して高周波プラズマ点火が行われる。 The high frequency AC voltage output from the inverter 5 is boosted by the transformer 6. The AC voltage boosted by the transformer 6 is shaped into a sine wave by the resonance circuit 7, and is applied to the ignition plug 10 as a high-frequency AC voltage of several MHz having a voltage value of several 100 V to several kV. Then, high-frequency plasma ignition is performed on the mixture of fuel and air in the combustion chamber of the internal combustion engine.

次に、高周波交流電源2が高周波プラズマ点火動作を実施しているときのインバータ5の動作波形について図3を用いて説明する。ここで、インバータ5出力電圧は、第1レグのスイッチング素子51と52の接続点の電位が、第2レグのスイッチング素子53と54の接続点の電位よりも高電位となる場合を正とし、インバータ5出力電流は第1レグのスイッチング素子51と52の接続点からトランス6の一次巻61線を介して第2レグのスイッチング素子53と54の接続点に流れる方向を正としている。 Next, the operation waveform of the inverter 5 when the high-frequency AC power supply 2 is performing the high-frequency plasma ignition operation will be described with reference to FIG. Here, the inverter 5 output voltage is positive when the potential at the connection point between the switching elements 51 and 52 on the first leg is higher than the potential at the connection point between the switching elements 53 and 54 on the second leg. The direction in which the inverter 5 output current flows from the connection point between the switching elements 51 and 52 of the first leg to the connection point between the switching elements 53 and 54 of the second leg via the primary winding 61 wire of the transformer 6 is positive.

図3の(a)は、インバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる波形を示している。図3の(b)は、インバータの出力電流がインバータ5の出力電圧に対して進み位相となる波形を示している。インバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる条件は、共振回路7と点火プラグ10で構成される合成リアクタンスが誘導性となる場合である。ただし、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊され放電経路が形成されているときは、点火プラグ10を抵抗成分としてみなされるため、共振回路7の合成リラクタンスのみを考慮すればよい。 FIG. 3A shows a waveform in which the output current of the inverter 5 has a lag phase with respect to the output voltage of the inverter 5. FIG. 3B shows a waveform in which the output current of the inverter is in phase with respect to the output voltage of the inverter 5. The condition that the output current of the inverter 5 has a lag phase with respect to the output voltage of the inverter 5 is that the combined reactance composed of the resonance circuit 7 and the spark plug 10 is inductive. However, when the electrodes of the spark plug 10 are dielectrically broken down to form a discharge path, the spark plug 10 is regarded as a resistance component, so that only the synthetic reluctance of the resonance circuit 7 needs to be considered.

図3(a)を詳細に説明する。図3(a)における時刻Taはスイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がるタイミングを表している。また、時刻Tbはスイッチング素子52,53のゲート信号が立ち上がるタイミングを表している。 FIG. 3A will be described in detail. The time Ta in FIG. 3A represents the timing at which the gate signals of the switching elements 51 and 54 rise. Further, the time Tb represents the timing at which the gate signals of the switching elements 52 and 53 rise.

スイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がる時刻Taでは、スイッチング素子51,54には負極性の電流が流れている。これは、スイッチング素子51,54の逆並列ダイオードが導通している状態を指し、ターンオンするスイッチング素子51,54のドレイン−ソース間電圧はゼロとなる。このため、スイッチング素子51,54ではゼロ電圧スイッチングが成立し、ターンオン時のスイッチング損失を低減することができる。これは、スイッチングの極性を反転させたスイッチング素子52,53がターンオンする時刻Tbにも同様のことが言える。 At the time Ta when the gate signal of the switching elements 51 and 54 rises, a negative electrode current flows through the switching elements 51 and 54. This refers to a state in which the antiparallel diodes of the switching elements 51 and 54 are conducting, and the drain-source voltage of the switching elements 51 and 54 that turn on becomes zero. Therefore, zero voltage switching is established in the switching elements 51 and 54, and the switching loss at the time of turn-on can be reduced. The same can be said for the time Tb at which the switching elements 52 and 53 whose switching polarities are inverted turn on.

図3(b)を詳細に説明する。スイッチング素子51,54のゲート信号が立ち上がる時刻Tcでは、スイッチング素子51,54が導通しインバータ5は正極性の電流を出力する。 FIG. 3B will be described in detail. At the time Tc when the gate signal of the switching elements 51 and 54 rises, the switching elements 51 and 54 conduct and the inverter 5 outputs a positive current.

時刻Tdでインバータ出力電流の極性が反転する。このとき、スイッチング素子51,54が導通している。このため、スイッチング素子51,54のソースからドレインの方向に電流は流れる。 The polarity of the inverter output current is reversed at time Td. At this time, the switching elements 51 and 54 are conducting. Therefore, a current flows from the source of the switching elements 51 and 54 toward the drain.

時刻Teでスイッチング素子51,54がターンオフする。これによりスイッチング素子51,54の逆並列ダイオードに電流が流れ、入力コンデンサ4に回生される。 At time Te, the switching elements 51 and 54 turn off. As a result, a current flows through the antiparallel diodes of the switching elements 51 and 54 and is regenerated by the input capacitor 4.

次に、時刻Tfになりスイッチング素子52,53をターンオンする。このときスイッチング素子52,53には電流が流れていない状態で、導通することからハードスイッチングとなる。 Next, at time Tf, the switching elements 52 and 53 are turned on. At this time, since the switching elements 52 and 53 are conducting in a state where no current is flowing, hard switching is performed.

また、スイッチング素子52,53が導通すると同時にスイッチング素子51,54の逆並列ダイオードのリカバリが発生する。リカバリ期間中は第1レグのスイッチング素子51、52がともに導通した状態になることから、第1レグでは短絡が発生し、瞬間的に大電流が第1レグを通流する。スイッチング素子51,52では、この短絡電流による損失が発生し、スイッチング素子の発熱が増大するため、短絡電流に耐えうる特性をもつスイッチング素子への変更や冷却能力を強化が必要となる。 Further, at the same time that the switching elements 52 and 53 are conductive, the antiparallel diodes of the switching elements 51 and 54 are recovered. Since both the switching elements 51 and 52 of the first leg are in a conductive state during the recovery period, a short circuit occurs in the first leg, and a large current momentarily flows through the first leg. In the switching elements 51 and 52, a loss due to this short-circuit current occurs and heat generation of the switching element increases. Therefore, it is necessary to change to a switching element having a characteristic that can withstand the short-circuit current and to strengthen the cooling capacity.

以上より、インバータ5はインバータ5の出力電流がインバータ5の出力電圧に対して遅れ位相となる、つまり共振回路7と点火プラグ10を含む共振負荷回路が誘導性リアクタンスとなる周波数領域で動作させることとする。 From the above, the inverter 5 is operated in a frequency domain in which the output current of the inverter 5 has a lag phase with respect to the output voltage of the inverter 5, that is, the resonant load circuit including the resonant circuit 7 and the ignition plug 10 has an inductive reactance. And.

次に、共振回路7における共振リアクトル71と共振コンデンサ72の共振点と共振ゲインの関係を説明する。図4は、共振リアクトル71と共振コンデンサ72とを含む負荷の共振点と共振ゲインの関係を示した図である。 Next, the relationship between the resonance point and the resonance gain of the resonance reactor 71 and the resonance capacitor 72 in the resonance circuit 7 will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the resonance point and the resonance gain of the load including the resonance reactor 71 and the resonance capacitor 72.

図4の縦軸はゲインを示し、横軸は周波数を示す。図4において共振点より高い周波数領域では、周波数を高くすると共振ゲインが小さくなり、高周波交流電源の出力が低下する。また、共振点より低い周波数領域では、周波数を高くすると共振ゲインが大きくなり、高周波交流電源の出力が増加する。すなわち、共振点より高い周波数ではインバータ5にとって共振回路の合成リアクタンスは誘導性となり、共振点より低い周波数では容量性となる。 The vertical axis of FIG. 4 indicates the gain, and the horizontal axis indicates the frequency. In the frequency region higher than the resonance point in FIG. 4, the resonance gain becomes smaller as the frequency is increased, and the output of the high-frequency AC power supply decreases. Further, in the frequency region lower than the resonance point, the resonance gain increases as the frequency is increased, and the output of the high-frequency AC power supply increases. That is, at a frequency higher than the resonance point, the combined reactance of the resonance circuit becomes inductive for the inverter 5, and at a frequency lower than the resonance point, it becomes capacitive.

本実施の形態におけるインバータ5では上述したようにインバータ5のスイッチング素子51,54がターンオンするときにゼロ電圧スイッチングとするために、インバータ5の出力電圧に対し、出力電流が遅れ位相となるように動作させている。したがって、本実施の形態ではインバータ5はスイッチング素子のスイッチング周波数を共振点より高い周波数領域、すなわち、共振回路7の合成リアクタンスが誘導性となる周波数領域で動作される。 In the inverter 5 of the present embodiment, as described above, in order to perform zero voltage switching when the switching elements 51 and 54 of the inverter 5 turn on, the output current is delayed with respect to the output voltage of the inverter 5. It is working. Therefore, in the present embodiment, the inverter 5 is operated in a frequency region in which the switching frequency of the switching element is higher than the resonance point, that is, in a frequency region in which the combined reactance of the resonance circuit 7 is inductive.

インバータ5のスイッチング周波数を調整し共振ゲインを変化させることによって、点火プラグ10への印加電圧を変化させ、点火プラグ10に流れる電流を制御することができる。具体的には、周波数は、電流検出手段9によって検出された検出電流が点火プラグ10の電流要求値よりも低い場合は、共振点に近づくようにスイッチング周波数を低下させる調整を行う。また、検出電流が点火プラグの電流要求値より高い場合は、スイッチング周波数を増加させる調整を行う。このようにスイッチング周波数の調整を行うことにより、点火プラグ10に流れる電流の制御が可能となる。 By adjusting the switching frequency of the inverter 5 and changing the resonance gain, the voltage applied to the spark plug 10 can be changed and the current flowing through the spark plug 10 can be controlled. Specifically, when the detected current detected by the current detecting means 9 is lower than the current required value of the spark plug 10, the frequency is adjusted to lower the switching frequency so as to approach the resonance point. If the detected current is higher than the current required value of the spark plug, adjustment is made to increase the switching frequency. By adjusting the switching frequency in this way, it is possible to control the current flowing through the spark plug 10.

本実施の形態にかかる内燃機関用点火装置1のエネルギー消費動作について図2と図5を用いて説明する。 The energy consumption operation of the internal combustion engine ignition device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 5.

内燃機関用点火装置1は上述した点火動作を点火タイミング毎に繰り返す。点火動作の中で、放電用電源11により点火プラグ10の電極間が絶縁破壊されるとき、共振回路7を構成する共振コンデンサ72には、点火プラグ10の電極間電圧と等しい電圧が印加される。この共振コンデンサ72に蓄えられたエネルギーは、図2の時刻T2に示す点火プラグ10の電極間の絶縁破壊と同時に、共振リアクトル71と共振コンデンサ72のつくる共振周波数で振動する放電電流として放出される。 The ignition device 1 for an internal combustion engine repeats the above-mentioned ignition operation at each ignition timing. In the ignition operation, when the electrodes of the spark plug 10 are dielectrically broken down by the discharge power supply 11, a voltage equal to the voltage between the electrodes of the spark plug 10 is applied to the resonance capacitor 72 constituting the resonance circuit 7. .. The energy stored in the resonance capacitor 72 is released as a discharge current vibrating at the resonance frequency created by the resonance reactor 71 and the resonance capacitor 72 at the same time as the dielectric breakdown between the electrodes of the ignition plug 10 shown at time T2 in FIG. ..

この放電電流はトランス6を介して、インバータ5に流入する。このとき、インバータ5は動作しておらず、スイッチング素子51〜54の逆並列ダイオードによって整流され、入力コンデンサ4に回生される。この放電電流からなる回生電力に伴い、入力コンデンサ4の印加電圧は上昇する。 This discharge current flows into the inverter 5 via the transformer 6. At this time, the inverter 5 is not operating, is rectified by the antiparallel diodes of the switching elements 51 to 54, and is regenerated to the input capacitor 4. The applied voltage of the input capacitor 4 rises with the regenerative power consisting of this discharge current.

その後、時刻T3にて高周波プラズマ点火動作が始まり、インバータ5が動作することで入力コンデンサ4のエネルギーが消費され、入力コンデンサ4の印加電圧は低下していく。このように、入力コンデンサの印加電圧が直流電圧源の出力電圧よりも低下した場合は、直流電圧源によって充電され、同電位となる。 After that, the high-frequency plasma ignition operation starts at time T3, and the energy of the input capacitor 4 is consumed by the operation of the inverter 5, and the applied voltage of the input capacitor 4 decreases. In this way, when the applied voltage of the input capacitor is lower than the output voltage of the DC voltage source, it is charged by the DC voltage source and has the same potential.

高周波プラズマ点火を実施する際は、上述の一連の動作を繰り返すが、内燃機関の運転状態に応じて、放電用電源11による火花点火のみで点火を行うことがある。この放電用電源11のみによる点火動作が繰り返される場合、高周波交流電源2の入力コンデンサ4は、共振コンデンサ72の放電電流による回生電力が繰り返し充電される。このとき、インバータ5の動作による高周波プラズマ点火動作が行われないため、入力コンデンサ4のエネルギーは消費されず、印加電圧は徐々に増加する。この印加電圧の増加を許容するためには、高耐圧な回路素子が必要であり、その場合、交流電源の小型化には限界がある。 When performing high-frequency plasma ignition, the above-mentioned series of operations is repeated, but depending on the operating state of the internal combustion engine, ignition may be performed only by spark ignition by the discharge power source 11. When the ignition operation is repeated only by the discharge power supply 11, the input capacitor 4 of the high-frequency AC power supply 2 is repeatedly charged with the regenerated power due to the discharge current of the resonance capacitor 72. At this time, since the high-frequency plasma ignition operation by the operation of the inverter 5 is not performed, the energy of the input capacitor 4 is not consumed and the applied voltage gradually increases. In order to allow this increase in the applied voltage, a circuit element having a high withstand voltage is required, and in that case, there is a limit to the miniaturization of the AC power supply.

そこで本実施の形態では、上述の放電用電源11のみの点火動作が繰り返される場合において、入力コンデンサ4の印加電圧の上昇を回避するため、以下の動作を実施する。 Therefore, in the present embodiment, when the ignition operation of only the discharge power supply 11 described above is repeated, the following operation is performed in order to avoid an increase in the applied voltage of the input capacitor 4.

図5はエネルギー消費動作のタイミングチャートを示した図である。図中には点火タイミング信号、インバータ駆動信号、点火プラグ電圧、点火プラグ電流、入力コンデンサ印加電圧の動作状態を示している。 FIG. 5 is a diagram showing a timing chart of the energy consumption operation. The figure shows the operating states of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, the spark plug current, and the input capacitor applied voltage.

入力コンデンサ4の印加電圧の上昇を回避する動作方法として、本実施の形態では、電圧検出手段8にて入力コンデンサ4の印加電圧を監視する。そして、予め設定された閾値電圧との大小を比較する。本実施の形態において閾値電圧は直流電圧源3の出力電圧以上、高周波交流電源2を構成する回路素子の定格電圧未満とする。 As an operation method for avoiding an increase in the applied voltage of the input capacitor 4, in the present embodiment, the voltage detecting means 8 monitors the applied voltage of the input capacitor 4. Then, the magnitude is compared with the preset threshold voltage. In the present embodiment, the threshold voltage is equal to or higher than the output voltage of the DC voltage source 3 and lower than the rated voltage of the circuit element constituting the high-frequency AC power supply 2.

比較により、電圧検出手段8が閾値電圧以上となる入力コンデンサ4の印加電圧を検出すると、制御部12は放電用電源11による点火プラグ10の電極間の絶縁破壊が終了し絶縁状態に戻った後に、インバータ5に動作信号を出力する。このときのインバータ5の動作は、通常の高周波プラズマ点火を実施するときと同様のスイッチング動作を行い、高周波交流電源2を構成する回路素子から発生する損失を以って入力コンデンサ4に蓄えられるエネルギーを消費する。 By comparison, when the voltage detecting means 8 detects the applied voltage of the input capacitor 4 which is equal to or higher than the threshold voltage, the control unit 12 finishes the dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10 by the discharge power supply 11 and returns to the insulated state. , The operation signal is output to the inverter 5. The operation of the inverter 5 at this time is the same switching operation as when normal high-frequency plasma ignition is performed, and the energy stored in the input capacitor 4 with the loss generated from the circuit elements constituting the high-frequency AC power supply 2. To consume.

上述のインバータ5のエネルギー消費動作により入力コンデンサ4の印加電圧が低下し、次の点火タイミング信号が出力されるまで、もしくは検出電圧が直流電圧源3と同電位になるまで低下したとき、インバータ5によるエネルギー消費動作を停止する。 When the applied voltage of the input capacitor 4 drops due to the energy consumption operation of the inverter 5 described above, and the voltage drops until the next ignition timing signal is output or the detected voltage reaches the same potential as the DC voltage source 3, the inverter 5 Stops the energy consumption operation by.

高周波交流電源2の出力電圧は点火プラグ10の電極間の絶縁破壊電圧未満であることから、点火プラグ10は電極間の容量成分が負荷としてみなされる。そのため、共振コンデンサ72と点火プラグ10の容量成分の2直列が合成容量となり、この合成容量が共振コンデンサ72の容量よりも低減する。よってエネルギー消費動作での負荷回路の共振点は、高周波プラズマ点火動作での負荷回路の共振点に比べ高周波側に遷移される。 Since the output voltage of the high-frequency AC power supply 2 is less than the breakdown voltage between the electrodes of the spark plug 10, the capacitance component between the electrodes of the spark plug 10 is regarded as a load. Therefore, two series of the capacitance components of the resonance capacitor 72 and the spark plug 10 become the combined capacitance, and this combined capacitance is smaller than the capacitance of the resonance capacitor 72. Therefore, the resonance point of the load circuit in the energy consumption operation is shifted to the high frequency side as compared with the resonance point of the load circuit in the high frequency plasma ignition operation.

高周波プラズマ点火動作時のスイッチング周波数とエネルギー消費動作時のスイッチング周波数を同じにする。この場合、共振回路7の構成によっては、エネルギー消費動作時はインバータ5のスイッチング周波数が容量性となる周波数領域や共振点に重なることが考えられる。しかし、高周波交流電源2の出力電圧は、点火プラグ10の絶縁破壊電圧に比べ十分に低電圧であることから放電が実施されることはない。 Make the switching frequency during high-frequency plasma ignition operation and the switching frequency during energy consumption operation the same. In this case, depending on the configuration of the resonance circuit 7, it is conceivable that the switching frequency of the inverter 5 overlaps with the frequency region or the resonance point where the capacitance becomes capacitive during the energy consumption operation. However, since the output voltage of the high-frequency AC power supply 2 is sufficiently lower than the dielectric breakdown voltage of the spark plug 10, discharge is not performed.

このエネルギー消費動作時にインバータ5のスイッチング周波数が容量性となる周波数領域や、共振点に重なることを避けたい場合は、点火プラグ10が絶縁破壊しているときの共振負荷回路の共振点と、点火プラグ10が絶縁破壊していないときの共振負荷回路の共振点を事前に確認する。そして、エネルギー消費動作でのインバータ5のスイッチング周波数を、共振回路と点火プラグ10の浮遊容量成分で構成される共振点よりも高周波になるよう動作させても良い。 If it is desired to avoid overlapping the frequency region where the switching frequency of the inverter 5 becomes capacitive or the resonance point during this energy consumption operation, the resonance point of the resonance load circuit when the ignition plug 10 is dielectric breakdown and ignition The resonance point of the resonance load circuit when the plug 10 is not dielectrically broken is confirmed in advance. Then, the switching frequency of the inverter 5 in the energy consumption operation may be operated so as to be higher than the resonance point composed of the resonance circuit and the stray capacitance component of the spark plug 10.

上述のとおり、本実施の形態の内燃機関用点火装置1は、入力コンデンサ4の検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧となるとき、エネルギー消費動作として入力コンデンサ4に蓄積されたエネルギーを消費するよう、インバータ5を動作させるものである。 As described above, in the ignition device 1 for an inverter of the present embodiment, when the detection voltage of the input capacitor 4 becomes higher than the preset threshold voltage, the energy stored in the input capacitor 4 as an energy consumption operation. The inverter 5 is operated so as to consume the above.

よって、放電用電源11のみによる点火動作が繰り返されたとしても、入力コンデンサ4に蓄積された回生エネルギーを適宜消費できる。その結果、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を防ぐことができる。 Therefore, even if the ignition operation by only the discharge power source 11 is repeated, the regenerative energy stored in the input capacitor 4 can be appropriately consumed. As a result, it is possible to prevent an increase in the applied voltage of the high-frequency AC power supply 2.

実施の形態2.
実施の形態2は実施の形態1のエネルギー消費動作を点火プラグ10の電極間が絶縁破壊している期間においても実施させるようにした構成が相違している。実施の形態2では、本発明の実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明を省略する。
Embodiment 2.
The second embodiment is different in that the energy consumption operation of the first embodiment is carried out even during the period when the electrodes of the spark plug 10 are subjected to dielectric breakdown. In the second embodiment, the parts different from the first embodiment of the present invention will be described, and the description of the same or corresponding parts will be omitted.

実施の形態1におけるエネルギー消費動作は、点火プラグ10の電極間の絶縁破壊が終了した後に実施するという制限があった。これは、高周波交流電源2が高周波プラズマ放電に必要な電圧以上の電圧を出力しているためである。このとき点火プラグ10の電極間が絶縁破壊されているときに高周波交流電源2が動作すると、高周波プラズマ放電が実施され内燃機関の動作状態によっては、不必要な点火動作が生じることになる。この点火動作は、直流電圧源3となるバッテリのエネルギー消費や、内燃機関に機械的ストレスを与えることに繋がる。 The energy consumption operation in the first embodiment is limited to being performed after the dielectric breakdown between the electrodes of the spark plug 10 is completed. This is because the high-frequency AC power supply 2 outputs a voltage higher than the voltage required for high-frequency plasma discharge. At this time, if the high-frequency AC power supply 2 operates while the electrodes of the spark plug 10 are dielectrically broken, high-frequency plasma discharge is performed and an unnecessary ignition operation occurs depending on the operating state of the internal combustion engine. This ignition operation leads to energy consumption of the battery serving as the DC voltage source 3 and mechanical stress on the internal combustion engine.

そこで実施の形態2では、エネルギー消費動作を実施する際にインバータ5のスイッチング素子51〜54のオンパルスの時比率を低減させる。スイッチング素子51〜54のオン時間が減ることでトランス6の励磁時間が低減し、高周波交流電源2の出力電圧・出力電流のピーク値が低下する。 Therefore, in the second embodiment, the on-pulse time ratio of the switching elements 51 to 54 of the inverter 5 is reduced when the energy consumption operation is performed. By reducing the on-time of the switching elements 51 to 54, the excitation time of the transformer 6 is reduced, and the peak values of the output voltage and output current of the high-frequency AC power supply 2 are reduced.

この動作にて高周波交流電源2の出力電圧を高周波プラズマ点火に必要な放電維持電圧未満にすることで、点火プラグ10の電極間が絶縁破壊していても、高周波プラズマ放電することなくエネルギー消費動作を行うことができる。 By making the output voltage of the high-frequency AC power supply 2 less than the discharge maintenance voltage required for high-frequency plasma ignition in this operation, energy consumption operation without high-frequency plasma discharge even if the electrodes of the ignition plug 10 have dielectric breakdown. It can be performed.

よって、上述したエネルギー動作により、エネルギー消費動作を実施する時期の制限がなくなる。その結果、電圧検出手段8が入力コンデンサ4の印加電圧が閾値電圧以上の電圧を検出した後、即座にエネルギー消費動作を実施することが可能となる。 Therefore, the above-mentioned energy operation removes the limitation of the time when the energy consumption operation is performed. As a result, after the voltage detecting means 8 detects a voltage in which the applied voltage of the input capacitor 4 is equal to or higher than the threshold voltage, the energy consumption operation can be immediately performed.

したがって、実施の形態2では、実施の形態1と同様に、入力コンデンサ4に蓄積された回生エネルギーを適宜消費できる効果に加え、その消費動作を即座に実施することが可能とするものである。よって、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を防ぐことができる。 Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, in addition to the effect that the regenerative energy stored in the input capacitor 4 can be appropriately consumed, the consumption operation can be immediately performed. Therefore, it is possible to prevent an increase in the applied voltage of the high-frequency AC power supply 2.

実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3における内燃機関用点火装置を示す図である。図6において、図1と同じ符号を付けたものは、図1と同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態1および実施の形態2とは、高周波交流電源2において、インバータ5とトランス6との間にダイオードブリッジ回路13を接続した構成が相違している。
Embodiment 3.
FIG. 6 is a diagram showing an ignition device for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, those having the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding configurations as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. The configuration in which the diode bridge circuit 13 is connected between the inverter 5 and the transformer 6 in the high-frequency AC power supply 2 is different from the first and second embodiments of the present invention.

本発明の実施の形態3では、本発明の実施の形態1および2と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。図6を用いて実施の形態3における内燃機関用点火装置1の高周波交流電源2の構成について説明する。 In the third embodiment of the present invention, the parts different from the first and second embodiments of the present invention will be described, and the same or corresponding parts will be omitted. The configuration of the high-frequency AC power supply 2 of the internal combustion engine ignition device 1 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

高周波交流電源2は、直流電圧源3と、入力コンデンサ4と、電圧検出手段8と、インバータ5と、トランス6と、共振回路7と、高周波交流電源2から点火プラグ10に出力される電流を検出する電流検出手段9と、制御部12から構成される。さらに本実施の形態は、インバータ5とトランス6の間にダイオードブリッジ回路13を有する。 The high-frequency AC power supply 2 transmits the current output from the DC voltage source 3, the input capacitor 4, the voltage detecting means 8, the inverter 5, the transformer 6, the resonance circuit 7, and the high-frequency AC power supply 2 to the ignition plug 10. It is composed of a current detecting means 9 for detecting and a control unit 12. Further, the present embodiment has a diode bridge circuit 13 between the inverter 5 and the transformer 6.

ダイオードブリッジ回路13は、4つのダイオード131、132、133、134で構成される。ダイオード131,133のカソードは、インバータ5のスイッチング素子51と53のドレイン端、直流電圧源3および入力コンデンサ4のプラス端に接続されている。また、ダイオード132,134のアノードは、インバータ5のスイッチング素子52と54のソース端、直流電圧源3および入力コンデンサ4のマイナス端に接続されている。 The diode bridge circuit 13 is composed of four diodes 131, 132, 133, and 134. The cathodes of the diodes 131 and 133 are connected to the drain ends of the switching elements 51 and 53 of the inverter 5, the DC voltage source 3 and the positive end of the input capacitor 4. Further, the anodes of the diodes 132 and 134 are connected to the source ends of the switching elements 52 and 54 of the inverter 5, the DC voltage source 3 and the negative end of the input capacitor 4.

ダイオード131のアノードとダイオード132のカソードの接続点はトランス6一次側巻線の一端61aに接続する。また、第2レグのダイオード133のアノードとダイオード134のカソードの接続点はトランス6一次側巻線の他端61bに接続される。すなわち、ダイオード131とダイオード132の直列回路を第1レグとし、ダイオード133とダイオード134の直列回路を第2レグとする回路となっている。 The connection point between the anode of the diode 131 and the cathode of the diode 132 is connected to one end 61a of the transformer 6 primary winding. Further, the connection point between the anode of the diode 133 of the second leg and the cathode of the diode 134 is connected to the other end 61b of the transformer 6 primary winding. That is, the series circuit of the diode 131 and the diode 132 is the first leg, and the series circuit of the diode 133 and the diode 134 is the second leg.

点火動作時における失火について説明する。内燃機関用点火装置1は、ECUからの点火タイミング信号に基づいて点火動作が実施される。しかしながら、燃焼室の状態や点火プラグ10の電極の磨耗などが要因となり、点火プラグ10の電極間に形成された火花が失火することがある。 A misfire during ignition operation will be described. The ignition device 1 for an internal combustion engine performs an ignition operation based on an ignition timing signal from the ECU. However, the sparks formed between the electrodes of the spark plug 10 may misfire due to factors such as the state of the combustion chamber and the wear of the electrodes of the spark plug 10.

火花が失火した場合は、放電用電源11の点火コイルに残留する誘導エネルギーが、点火プラグ10の電極間に供給され、再度絶縁破壊による点火が実施される。この点火動作を以降再点火と称する。 When the spark misfires, the induced energy remaining in the ignition coil of the discharge power source 11 is supplied between the electrodes of the spark plug 10, and ignition by dielectric breakdown is performed again. This ignition operation is hereinafter referred to as reignition.

再点火は、ECUから送信される点火タイミング信号とは同期せずに実施される。このため、高周波交流電源2が動作中であっても失火した場合は再点火が実施される。また、再点火は点火プラグ10の電極間の絶縁破壊することから、点火タイミング信号による絶縁破壊と同じく、共振コンデンサ72による放電電流が発生する。 The reignition is performed in synchronization with the ignition timing signal transmitted from the ECU. Therefore, even if the high frequency AC power supply 2 is in operation, reignition is performed if a misfire occurs. Further, since reignition breaks the insulation between the electrodes of the spark plug 10, a discharge current is generated by the resonance capacitor 72 as in the case of dielectric breakdown due to the ignition timing signal.

ここで、ダイオードブリッジ回路13を備えない高周波交流電源2が動作中に再点火が発生し、共振コンデンサ72からの放電電流がインバータ5に流入した場合について説明する。 Here, a case where reignition occurs during the operation of the high-frequency AC power supply 2 not provided with the diode bridge circuit 13 and the discharge current from the resonance capacitor 72 flows into the inverter 5 will be described.

例えば、インバータ5のスイッチングの位相と放電電流の位相との関係が上述した図3(b)のように進み位相となるとき、実施の形態1で説明したように各スイッチング素子の逆並列ダイオードでリカバリが発生し、短絡しやすくなる。リカバリ期間の長さは遮断電流に依存する傾向である。 For example, when the relationship between the switching phase of the inverter 5 and the phase of the discharge current becomes the leading phase as shown in FIG. 3B described above, the antiparallel diode of each switching element is used as described in the first embodiment. Recovery occurs and it is easy to short-circuit. The length of the recovery period tends to depend on the breaking current.

遮断する電流は共振コンデンサ72から出力される放電電流がトランス6の巻数比倍になっていることから、高周波プラズマ点火動作のときに発生するリカバリ期間よりも長くなる。短絡期間が長くなると、短絡電流による過渡発熱が過大となり高周波交流電源2の構成素子の耐熱温度を超え破損する。または図示していない温度センサの閾値を超え高周波交流電源2の動作停止が頻発するといった状態となる。 Since the discharge current output from the resonance capacitor 72 is double the number of turns of the transformer 6, the breaking current is longer than the recovery period that occurs during the high-frequency plasma ignition operation. If the short-circuit period is long, the transient heat generation due to the short-circuit current becomes excessive, and the heat-resistant temperature of the constituent elements of the high-frequency AC power supply 2 is exceeded, resulting in damage. Alternatively, the threshold value of the temperature sensor (not shown) is exceeded, and the operation of the high-frequency AC power supply 2 is frequently stopped.

図7は、内燃機関用点火装置1の再点火動作を示す図である。図7中には、点火タイミング信号と、インバータ駆動信号と、点火プラグ電圧と、点火プラグ電流の動作状態を示している。また図中におけるT1〜T5はある時刻を示すものである。 FIG. 7 is a diagram showing a reignition operation of the ignition device 1 for an internal combustion engine. FIG. 7 shows the operating states of the ignition timing signal, the inverter drive signal, the spark plug voltage, and the spark plug current. Further, T1 to T5 in the figure indicate a certain time.

再点火の状態において、実施の形態3のダイオードブリッジ回路13を有する構成の場合の動作について説明する。 The operation in the case of the configuration having the diode bridge circuit 13 of the third embodiment in the state of reignition will be described.

ダイオードブリッジ回路13が、インバータ5とトランス6との間に接続されていると、放電電流は、インバータ5とダイオードブリッジ回路13とに分流する。これにより、再点火時に入力コンデンサ4から発生する放電電流の位相を問わずに、放電電流を整流することができる。よって、インバータ5の各スイッチング素子の逆並列ダイオードで発生するリカバリ損失やリカバリ短絡期間を抑制することができる。 When the diode bridge circuit 13 is connected between the inverter 5 and the transformer 6, the discharge current is diverted to the inverter 5 and the diode bridge circuit 13. As a result, the discharge current can be rectified regardless of the phase of the discharge current generated from the input capacitor 4 at the time of reignition. Therefore, it is possible to suppress the recovery loss and the recovery short-circuit period that occur in the antiparallel diodes of each switching element of the inverter 5.

また、ダイオードブリッジ回路13に使用するダイオードの順方向電圧特性が、インバータ5の逆並列ダイオードの順方向電圧特性より低電圧にすることで、ダイオードブリッジ回路13の整流電流をより増加することができる。 Further, the rectified current of the diode bridge circuit 13 can be further increased by making the forward voltage characteristic of the diode used in the diode bridge circuit 13 lower than the forward voltage characteristic of the antiparallel diode of the inverter 5. ..

さらに、トランス6からダイオードブリッジ回路13までの接続を最短になるように構成する。これにより、配線経路よるインピーダンスが大きくなることが要因となり、インバータ5のスイッチング素子の逆並列ダイオードに流れる電流量が増大することを抑制することができる。 Further, the connection from the transformer 6 to the diode bridge circuit 13 is configured to be the shortest. As a result, it is possible to suppress an increase in the amount of current flowing through the antiparallel diode of the switching element of the inverter 5 due to an increase in impedance due to the wiring path.

上述の構成により、高周波交流電源2が動作中に放電用電源11による再点火が実施され、共振コンデンサ72から、いかなる位相の放電電流がインバータ5に流入しても、ダイオードブリッジ回路13で整流することができる。また、インバータ5のスイッチング素子の逆並列ダイオードのリカバリ損失の低減やリカバリ短絡による過渡発熱の抑制が可能となる。
よって、高周波交流電源2の印加電圧の上昇を効果的に防ぐことができる。
With the above configuration, reignition is performed by the discharge power supply 11 while the high frequency AC power supply 2 is operating, and even if a discharge current of any phase flows into the inverter 5 from the resonance capacitor 72, the diode bridge circuit 13 rectifies the discharge current. be able to. Further, it is possible to reduce the recovery loss of the antiparallel diode of the switching element of the inverter 5 and suppress the transient heat generation due to the recovery short circuit.
Therefore, it is possible to effectively prevent an increase in the applied voltage of the high-frequency AC power supply 2.

なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

1 内燃機関用点火装置、2 高周波交流電源、3 直流電圧源、4 入力コンデンサ、5 インバータ、51,52,53,54 スイッチング素子、6 トランス、61 トランスの一次側巻線、62 トランスの二次側巻線、7 共振回路、71 共振リアクトル、72 共振コンデンサ、8 電圧検出手段、9 電流検出手段、10 点火プラグ、11 放電用電源、12 制御部、13 ダイオードブリッジ回路、131,132,133,134 ダイオード 1 Ignition device for internal combustion engine, 2 High frequency AC power supply, 3 DC voltage source, 4 input capacitor, 5 inverter, 51, 52, 53, 54 switching element, 6 transformer, 61 transformer primary winding, 62 transformer secondary Side winding, 7 resonance circuit, 71 resonance reactor, 72 resonance capacitor, 8 voltage detection means, 9 current detection means, 10 ignition plug, 11 discharge power supply, 12 control unit, 13 diode bridge circuit, 131, 132, 133 134 diode

Claims (5)

内燃機関の燃焼室内の可燃混合気を点火させる点火プラグと、
前記点火プラグの電極間に直流高電圧を印加して前記電極間に火花放電を発生させる放電用電源と、
前記火花放電の放電経路に高周波電圧を印加して前記電極間に高周波プラズマを発生させる高周波交流電源と、
を有する内燃機関用点火装置において、
前記高周波交流電源は、
直流電圧源と、
入力コンデンサと、
前記入力コンデンサの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
複数のスイッチング素子を有し、前記直流電圧源から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの出力端に一次側巻線を接続したトランスと、
前記トランスの二次側巻線に接続され、少なくとも1つ以上のコンデンサおよびリアクトルを有し、前記インバータから出力された交流電圧を共振させる共振回路と、
前記インバータを構成する前記スイッチング素子のオンおよびオフ動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記放電用電源のみで点火動作が行われ、
前記入力コンデンサの検出電圧が予め設定された閾値電圧よりも高電圧であるときに、エネルギー消費動作として前記入力コンデンサに蓄積されたエネルギーを消費するよう、前記インバータを動作させることを特徴とする内燃機関用点火装置。
A spark plug that ignites a combustible mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine,
A discharge power source that applies a high DC voltage between the electrodes of the spark plug to generate a spark discharge between the electrodes.
A high-frequency AC power supply that applies a high-frequency voltage to the discharge path of the spark discharge to generate high-frequency plasma between the electrodes.
In the ignition device for internal combustion engines
The high frequency AC power supply
DC voltage source and
With an input capacitor
A voltage detecting means for detecting the applied voltage of the input capacitor and
An inverter that has a plurality of switching elements and converts the DC voltage output from the DC voltage source into an AC voltage.
A transformer with a primary winding connected to the output end of the inverter,
A resonant circuit connected to the secondary winding of the transformer, having at least one capacitor and reactor, and resonating the AC voltage output from the inverter.
A control unit that controls the on and off operations of the switching elements that make up the inverter,
With
The control unit
Ignition operation is performed only with the discharge power supply.
Internal organs characterized in that the inverter is operated so as to consume the energy stored in the input capacitor as an energy consumption operation when the detection voltage of the input capacitor is higher than a preset threshold voltage. Ignition system for engines.
前記制御部は、前記エネルギーの消費動作を行うとき、前記インバータの前記スイッチング素子を前記共振回路と前記点火プラグの浮遊容量からなる共振点よりも高周波となる周波数でスイッチング動作させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用点火装置。 The control unit is characterized in that, when performing the energy consumption operation, the switching element of the inverter is switched at a frequency higher than the resonance point composed of the resonance circuit and the stray capacitance of the spark plug. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記制御部は、前記エネルギーの消費動作を行うとき、前記トランスの二次側巻線から出力される交流電圧が前記点火プラグの高周波プラズマ放電の放電維持電圧未満となるよう、前記インバータの前記スイッチング素子のオンパルスの時比率を低減することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関用点火装置。 The control unit switches the inverter so that the AC voltage output from the secondary winding of the transformer becomes less than the discharge maintenance voltage of the high-frequency plasma discharge of the spark plug when the energy consumption operation is performed. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the on-pulse time ratio of the element is reduced. 前記高周波交流電源は、前記インバータと前記トランスの間にダイオードブリッジ回路を接続することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関用点火装置。 The ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-frequency AC power supply connects a diode bridge circuit between the inverter and the transformer. 前記ダイオードブリッジ回路は、前記インバータの前記スイッチング素子に備えられたダイオードよりも順方向電圧が小さいことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関用点火装置。 The ignition device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the diode bridge circuit has a forward voltage smaller than that of a diode provided in the switching element of the inverter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110500222A (en) * 2019-09-20 2019-11-26 韦伟平 A kind of high-frequency resonant firing circuit of lean combustion engine and its work, control method
WO2021210158A1 (en) * 2020-04-17 2021-10-21 三菱電機株式会社 Ignition system
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8555867B2 (en) * 2009-06-18 2013-10-15 Arvind Srinivasan Energy efficient plasma generation
JP5351874B2 (en) * 2010-11-25 2013-11-27 日本特殊陶業株式会社 Plasma ignition device and plasma ignition method
JP6029563B2 (en) * 2013-10-28 2016-11-24 三菱電機株式会社 High frequency plasma ignition device
JP6264167B2 (en) * 2014-04-10 2018-01-24 株式会社デンソー Control device
JP5897099B1 (en) * 2014-12-04 2016-03-30 三菱電機株式会社 Ignition device
WO2017115511A1 (en) * 2015-12-28 2017-07-06 三菱電機株式会社 Internal combustion engine ignition device
DE112017003582T5 (en) * 2016-07-15 2019-05-02 Mitsubishi Electric Corporation RESONANCE INVERTER

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