JP2007247608A - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用点火装置に係り、特に1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに発生する高電圧を1次電流遮断素子の制御によって抑制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, and more particularly to an ignition device for an internal combustion engine that suppresses a high voltage generated in a secondary coil when the primary current interruption element is turned on by controlling the primary current interruption element.
図6において内燃機関用点火装置は、1次コイルと前記1次コイルに電磁結合されて点火プラグ1に高電圧を供給する2次コイルとで構成された点火コイル2と、1次電流遮断時に2次コイルに発生する高電圧を抑制するオン点火防止用ダイオード3、点火タイミングに点火信号を発生させる制御回路4と、制御回路4からの点火信号に基づき点火コイル2の1次電流を遮断する1次電流遮断素子5を含む構成となっている。
In FIG. 6, the ignition device for an internal combustion engine includes an
又、1次電流遮断時に2次コイルに発生する高電圧を抑制する手段として、オン点火防止用ダイオードを用いず図7の用に1次電流遮断素子を制御する方法も知られている。 Further, as a means for suppressing a high voltage generated in the secondary coil when the primary current is interrupted, a method of controlling the primary current interrupting element as shown in FIG. 7 without using the on-ignition preventing diode is also known.
制御回路4には、例えば、点火信号が所定値以上に長くなった場合や、点火信号を発生する制御装置のGND電位が点火電源のGND電位よりも上昇した場合に生じる連続通電状態に対する遮断回路を設けたものや、電源電圧の異常により発生するスイッチング素子の過電流に対する電流制限回路を設けたものなどがある。前記1次電流遮断素子5の保護制御は、点火信号が所定値以上に長くなった場合や、バッテリー電源の異常により発生する1次電流遮断素子5の過電流に対して、点火コイル2の一次コイルと1次電流遮断素子5に直列に挿入した電流検出抵抗と、その端子電圧と基準電源の所定の電圧を比較した結果をもとに1次電流遮断素子5の入力を制御することで所定値以上の電流が流れないように制御する過電流保護である。
The control circuit 4 includes, for example, a cutoff circuit for a continuous energization state that occurs when the ignition signal becomes longer than a predetermined value or when the GND potential of the control device that generates the ignition signal rises above the GND potential of the ignition power source. And a circuit provided with a current limiting circuit for overcurrent of the switching element caused by an abnormality in the power supply voltage. The protection control of the primary
内燃機関用点火装置において、1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに発生する高電圧は、点火コイルの1次コイルと2次コイルが電磁結合されていることによるもので、すなわち1次電流遮断素子がターンオンしたときのVceと電源電圧の差分が2次側へ伝達されることによって発生するものであり、点火コイルの性質上不可避の現象である。 In the ignition device for an internal combustion engine, the high voltage generated in the secondary coil when the primary current interrupting element is turned on is due to the electromagnetic coupling between the primary coil and the secondary coil of the ignition coil, that is, the primary current. This occurs when the difference between Vce and the power supply voltage when the shut-off element is turned on is transmitted to the secondary side, and is an inevitable phenomenon due to the nature of the ignition coil.
1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに発生する高電圧を抑制する手段としては前述のオン点火防止ダイオードを用いられるが、このダイオードの搭載を考慮した点火コイル設計が必要であり、小型・軽量化、低コスト化の障壁となっている。 The above-mentioned on-ignition prevention diode is used as a means for suppressing the high voltage generated in the secondary coil when the primary current interrupting element is turned on. However, the ignition coil design considering the mounting of this diode is necessary, It is a barrier to weight reduction and cost reduction.
又、前述のオン点火防止ダイオードを用いる場合、2次コイルにイオン電流検出回路が接続される内燃機関用イオン電流検出装置において、イオン電流検出に必要な電流経路、イオン電流検出回路→2次コイル→点火プラグ→GND→イオン電流検出回路、のループを構成出来ないという問題がある。 Further, in the case of using the above-described on-ignition prevention diode, in the ion current detection device for an internal combustion engine in which the ion current detection circuit is connected to the secondary coil, the current path necessary for ion current detection, the ion current detection circuit → the secondary coil There is a problem that a loop of ignition plug → GND → ion current detection circuit cannot be configured.
内燃機関用イオン電流検出装置において、上述の課題を解決するためには点火コイルの巻数比を落として2次コイルに発生する電圧を落とすことになるが、同時に点火性能も低下する。 In the ion current detection device for an internal combustion engine, in order to solve the above-mentioned problem, the turn ratio of the ignition coil is reduced to lower the voltage generated in the secondary coil, but at the same time, the ignition performance is also lowered.
図7に示す1次電流遮断素子制御による1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに発生する。高電圧の抑制方法では、1次電流遮断素子のオン遅れ時間が発生する為、1次電流の立ち上がり特性が低下してしまい、1次側への投入エネルギが減少することによる2次出力エネルギの低下或いはE/GECUの点火コイルの1次電流通電時間の設定値を変更する必要が生じる。 It occurs in the secondary coil when the primary current interrupting element is turned on by the primary current interrupting element control shown in FIG. In the high voltage suppression method, the primary current interrupting element has an on-delay time, so that the rising characteristic of the primary current is deteriorated, and the secondary output energy is reduced by reducing the input energy to the primary side. It is necessary to reduce or change the set value of the primary current energization time of the ignition coil of the E / GECU.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安価に小型で安定的で信頼性が高く、且つ点火コイルの出力性能を低下させることの無い内燃機関用点火装置及び内燃機関用イオン電流検出装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an ignition device for an internal combustion engine and an internal combustion engine that is inexpensive, small, stable, reliable, and does not deteriorate the output performance of the ignition coil. An object of the present invention is to realize an ion current detection device for an automobile.
1次電流遮断素子のターンオン時には2次コイルに図3に示す電流が相互誘導作用にり発生する。この時に2次コイルには電流と同様に相互誘導作用により高電圧が発生し、この電圧が高すぎるとE/Gの点火時期の進角(過早着火)を引き起こす原因となる。
そこで、この2次コイルに発生する電流を検出する手段を用いることが出来れば、2次コイルに発生する電流値に対して1次電流遮断素子のターンオン制御を行い、Vce−電源電圧の差分を任意に調整しながら1次電流遮断素子をターンオンすることができ、前記の2次コイル発生電圧を抑制することが出来る。
When the primary current interrupting element is turned on, the current shown in FIG. 3 is generated in the secondary coil due to the mutual induction action. At this time, a high voltage is generated in the secondary coil due to mutual induction as in the case of current, and if this voltage is too high, it leads to the advance of the ignition timing (premature ignition) of the E / G.
Therefore, if a means for detecting the current generated in the secondary coil can be used, the turn-on control of the primary current cutoff element is performed for the current value generated in the secondary coil, and the difference between Vce and the power supply voltage is calculated. The primary current interrupting element can be turned on while arbitrarily adjusting, and the secondary coil generation voltage can be suppressed.
前述の課題を解決する為、本発明では次の構成とする。すなわち、1次電流遮断素子による電子制御によって1次電流がオンオフ制御される1次コイルと、前記1次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する2次コイルを備えた内燃機関用点火装置において、2次コイル低圧側に2次コイル電流を検出する電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路の出力が入力され、任意の電圧(Vth)と比較を行う比較器の出力が1次電流遮断素子の駆動回路に入力される。 In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration. That is, for an internal combustion engine comprising a primary coil whose primary current is on / off controlled by electronic control by a primary current interrupting element, and a secondary coil that is electromagnetically coupled to the primary coil and supplies a high voltage to a spark plug. In the ignition device, a current-voltage conversion circuit for detecting a secondary coil current on the secondary coil low-voltage side and an output of the current-voltage conversion circuit are input, and an output of a comparator for comparing with an arbitrary voltage (Vth) is 1. It is input to the drive circuit for the secondary current interrupting element.
但し、このままでは点火時期以外での誤点火の恐れがあるため、1次電流遮断素子の駆動回路に入力される前記比較器の出力は、点火信号同期回路によって内燃機関用点火装置或いは内燃機関用イオン電流検出装置に入力される点火信号に同期して回路出力動作を行うよう制御される。 However, since there is a risk of mis-ignition other than the ignition timing in this state, the output of the comparator input to the drive circuit of the primary current interrupting element is output to the internal combustion engine ignition device or internal combustion engine by the ignition signal synchronization circuit. Control is performed so that the circuit output operation is performed in synchronization with the ignition signal input to the ion current detector.
1次電流遮断素子の制御回路は内燃機関用点火装置或いは内燃機関用イオン電流検出装置に入力される点火信号によってターンオン動作を開始する1次電流遮断素子に対して、電流電圧変換回路より入力された信号と、任意に設定出来る電圧(Vth)と比較する比較器の出力動作によって、1次電流遮断素子のゲート寄生容量に充電された電荷を放電し1次電流遮断素子のゲート電圧を引き下げる動作を行う。その結果、2次コイルに発生する誘導電流は減少し、前記比較器の出力動作が反転すると再び1次電流遮断素子のターンオン動作を開始する。この動作はターンオン時に2次コイルに発生する電流によって出力される電流電圧変換回路の出力電圧が任意の比較電圧(Vth)を下回るまで繰り返され、最終的には1次電流遮断素子をターンオンさせる。 The control circuit for the primary current interrupting element is input from the current-voltage conversion circuit to the primary current interrupting element that starts the turn-on operation by the ignition signal input to the internal combustion engine ignition device or the internal combustion engine ion current detection device. The operation of reducing the gate voltage of the primary current interrupting element by discharging the charge charged in the gate parasitic capacitance of the primary current interrupting element by the output operation of the comparator that compares the signal and the voltage (Vth) that can be arbitrarily set I do. As a result, the induced current generated in the secondary coil is reduced, and when the output operation of the comparator is reversed, the turn-on operation of the primary current interrupting element is started again. This operation is repeated until the output voltage of the current-voltage conversion circuit output by the current generated in the secondary coil at turn-on falls below an arbitrary comparison voltage (Vth), and finally the primary current interrupting element is turned on.
前記繰り返し動作中の1次電流遮断素子のC−E間は、完全にターンオンされた時の動作点と異なる状態でバイアスされる為、通電状態が維持され1次電流の立ち上がり特性を低下させることなく1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに発生する高電圧を抑制することができる。 Between the CE of the primary current interrupting element during the repetitive operation is biased in a state different from the operating point when it is completely turned on, the energized state is maintained and the rising characteristic of the primary current is deteriorated. The high voltage generated in the secondary coil when the primary current interrupting element is turned on can be suppressed.
又、前述の電流電圧変換回路は内燃機関用イオン電流検出装置における電流電圧変換回路と同様であり、イオン電流検出回路によって代用することが可能である。本発明は組み合わされる1次及び2次コイルに依存することなく、1次電流遮断素子のターンオン時に2次コイルに生じる高電圧を抑制し、安定的で小型、軽量で安価な内燃機関用点火装置及び内燃機関用イオン電流検出装置を実現できる。 The current-voltage conversion circuit described above is the same as the current-voltage conversion circuit in the ion current detection device for internal combustion engines, and can be replaced by an ion current detection circuit. The present invention suppresses a high voltage generated in the secondary coil when the primary current interrupting element is turned on without depending on the combined primary and secondary coils, and is a stable, small, light and inexpensive ignition device for an internal combustion engine. And the ion current detection apparatus for internal combustion engines is realizable.
本発明の実施例は、1次電流遮断素子による電子制御によって1次電流がオンオフされる1次コイルと、前記1次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する2次コイルと、前記1次コイルと前記2次コイルを内包するコイルケースを備える内燃機関用点火装置において、具体的には参考例として示す図1の様な回路によって、2次コイル低圧側に電流電圧変換回路6を配置し、電源電圧変換回路の入力部に電流検出用ダイオード8、9を接続する。電流電圧変換回路の出力は基準電圧比較回路7に入力され、基準電圧比較回路の出力は1次電流遮断素子の駆動回路3に接続されている。駆動回路3は内燃機関用点火装置に点火信号が入力されている期間に限り、基準電圧比較回路7から入力された信号に対して1次電流遮断素子4を動作点を変化させながら最終的にターンオンさせる。電流電圧変換回路6及び基準電圧比較回路7は1次電流遮断素子の駆動回路3及び保護回路と共にIC上に容易に形成できる。
An embodiment of the present invention includes a primary coil in which a primary current is turned on / off by electronic control by a primary current interrupting element, a secondary coil that is electromagnetically coupled to the primary coil and supplies a high voltage to a spark plug, In an internal combustion engine ignition device including a coil case containing the primary coil and the secondary coil, specifically, a current-voltage conversion circuit 6 is connected to the secondary coil low-voltage side by a circuit as shown in FIG. 1 as a reference example. And the current detection diodes 8 and 9 are connected to the input of the power supply voltage conversion circuit. The output of the current-voltage conversion circuit is input to the reference voltage comparison circuit 7, and the output of the reference voltage comparison circuit is connected to the
又、内燃機関用イオン電流検出装置において、1次電流遮断素子による電子制御によって1次電流がオンオフされる1次コイルと、前記1次コイルに電磁結合されて点火プラグに高電圧を供給する2次コイルと、点火プラグの点火動作に基づく燃焼動作によって燃焼室に発生したイオン電流を検出する検出回路と、前記1次コイルと前記2次コイルを内包するコイルケースを備える内燃機関用イオン電流検出装置において、具体的には参考例として示す図2の様な回路によって、イオン電流を電圧変換する電流電圧変換回路6の出力は基準電圧比較回路7に入力され、基準電圧比較回路の出力は1次電流遮断素子の駆動回路3に接続されている、駆動回路3は内燃機関用点火装置に点火信号が入力されている期間に限り、基準電圧比較回路7から入力された信号に対して1次電流遮断素子4を動作点を変化させながら最終的にターンオンさせる。
電流電圧変換回路6及び基準電圧比較回路7は1次電流遮断素子の駆動回路3及び保護回路と共にIC上に容易に形成できる。
Further, in the ion current detection device for an internal combustion engine, a primary coil whose primary current is turned on and off by electronic control by a primary current interrupting element, and a high voltage to the spark plug that is electromagnetically coupled to the
The current-voltage conversion circuit 6 and the reference voltage comparison circuit 7 can be easily formed on the IC together with the
以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当該点火装置が必要なあらゆるエンジンに使用できるものであり、サイズにおいても用途に応じて適宜拡大縮小して使用できるものであることはいうまでもなく、この発明の精神に基づき当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment is not specifically limited to the said form. Needless to say, the ignition device can be used for any necessary engine, and can be appropriately enlarged or reduced in size according to the application, and can be performed by those skilled in the art based on the spirit of the present invention. It is also possible to carry out various modifications and improvements.
3 駆動回路
4 1次電流遮断素子
6 電流電圧変換回路
7 基準電圧比較回路
8、9 電流検出用ダイオード
3 Drive circuit 4 Primary current interrupting element 6 Current-voltage conversion circuit 7 Reference voltage comparison circuit 8, 9 Current detection diode
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