JP2009228507A - Ignition device of internal combustion engine - Google Patents

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Mitsuhiro Izumi
光宏 泉
Hisanori Kataoka
尚紀 片岡
Hiroki Nakata
裕樹 中田
Hiroshi Nakamura
拓 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ignition device capable of performing complicated and sophisticated combustion control by multiple ignition control, and outputting sufficient ignition energy while being sufficiently miniaturized. <P>SOLUTION: In the ignition device, an ignition coil CL with a primary coil L1 and a secondary coil L2 electromagnetically coupled with each other, and an ignition control circuit IGN for controlling a current flowing in the primary coil L1 are integrated with each other, and an ignition plug PG connected to the secondary coil can perform multiple ignition. The primary coil and the secondary coil are formed by providing each coil winding on a magnetic body forming a closed magnetic circuit, and arranged at a position exposed from a plug hole forming a communication passage with the ignition plug PG. The number of turns of the coil winding of the primary coil L1 is set to the value so as not to cause the magnetic saturation of the magnetic body even is the maximum current made to flow in a primary circuit including the primary coil. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、多重点火動作が可能であって、十分に小型化されていながら、必要な点火エネルギーを出力できる点火装置に関する。   The present invention relates to an ignition device that can perform multiple ignition operations and can output necessary ignition energy while being sufficiently miniaturized.

内燃機関の各気筒において、一点火サイクル中に、混合気への点火動作を複数回実行する多重点火方式が知られている（例えば、特許文献１）。
特許３４３３９４１号公報 In each cylinder of an internal combustion engine, a multiple ignition method is known in which an ignition operation for an air-fuel mixture is executed a plurality of times during one ignition cycle (for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3433941

多重点火方式では、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から、一点火サイクル中に複数個の点火パルスが供給され、各点火パルスのＯＮ時に蓄積された一次コイルの充電エネルギーが、点火パルスのＯＦＦ時に放出されて、点火プラグの点火放電が実現される。そのため、内燃機関内の混合気が不均一であっても確実に燃焼が維持され、リーン燃焼やＥＧＲ制御による燃費向上を実現することも可能となる。   In the multiple ignition method, a plurality of ignition pulses are supplied from an ECU (Electronic Control Unit) during one ignition cycle, and the charging energy of the primary coil accumulated when each ignition pulse is turned on is released when the ignition pulse is turned off. Thus, ignition discharge of the spark plug is realized. Therefore, even if the air-fuel mixture in the internal combustion engine is not uniform, the combustion is reliably maintained, and it becomes possible to realize an improvement in fuel consumption by lean combustion or EGR control.

しかし、多重点火方式を採用した点火装置において、必要な点火エネルギーを出力でき、しかも、複雑高度な燃焼制御が可能であって、且つ、十分に小型化された点火装置は、未だ知られていない。すなわち、一般の点火装置では、十分な点火エネルギーを短時間で蓄積するには点火コイルが大型化せざるを得ないので、小型化に限界がある。また、多重点火方式では、点火タイミング毎に点火プラグが複数回放電するので、その分だけ点火プラグの発熱が促進されるので、十分な放熱性能を確保する必要があるところ、点火コイルが大型化すると、放熱部材を配置する空間が確保できないことにもなる。   However, an ignition device that employs a multiple ignition system is capable of outputting the necessary ignition energy, is capable of complex and advanced combustion control, and is sufficiently small in size. Absent. That is, in a general ignition device, since an ignition coil must be enlarged in order to accumulate sufficient ignition energy in a short time, there is a limit to downsizing. In the multiple ignition method, since the spark plug discharges a plurality of times at each ignition timing, the spark plug generates heat correspondingly, so that it is necessary to ensure sufficient heat dissipation performance. If it becomes, it will also become impossible to ensure the space which arrange | positions a thermal radiation member.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、多重点火制御による複雑高度な燃焼制御が可能であって、且つ、十分に小型化されていながら、十分な点火エネルギーを出力できる点火装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is capable of complex and advanced combustion control by multiple ignition control, and outputs sufficient ignition energy while being sufficiently downsized. An object of the present invention is to provide an ignition device that can be used.

上記の目的を達成するため、本発明は、一次コイルと二次コイルとが電磁結合された点火コイルと、前記一次コイルの電流を制御する点火制御回路とが一体化され、前記二次コイルに接続された点火プラグを多重点火可能な点火装置であって、前記一次コイル及び前記二次コイルは、閉磁路を形成する磁性体に各コイル巻線を設けて形成され、前記点火プラグとの連通路を形成するプラグホールから露出する位置に配置され、前記一次コイルのコイル巻線は、一次コイルを含む一次回路に最大電流を流した状態でも、前記磁性体を磁気飽和させないコイル巻数に設定されている。   In order to achieve the above object, the present invention integrates an ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, and an ignition control circuit for controlling a current of the primary coil. An ignition device capable of igniting a plurality of connected ignition plugs, wherein the primary coil and the secondary coil are formed by providing each coil winding on a magnetic body forming a closed magnetic circuit, and Arranged at a position exposed from the plug hole forming the communication path, the coil winding of the primary coil is set to the number of coil turns that does not magnetically saturate the magnetic material even when the maximum current flows through the primary circuit including the primary coil. Has been.

本発明者は、種々の検討を繰り返して本発明に至ったので、その原理的な内容を中心に説明する。   Since the present inventor has repeated various studies to arrive at the present invention, the principle content will be mainly described.

点火コイルの一次コイルに充電電流Ｉを流す場合を想定すると、０［Ａ］からＩ０［Ａ］まで電流Ｉを増加させた場合、一次コイルに蓄積される充電エネルギーは、１／２＊Ｌ＊Ｉ０ ２［Ｊ］となる（図７の充電曲線Ａ参照）。しかし、一次コイルの充電電流が目標値Ｉ０に達するまでに、一次コイルの磁性体が磁気飽和すると、その後の電流は、充電エネルギーの蓄積に殆ど寄与しない。 Assuming that the charging current I flows through the primary coil of the ignition coil, when the current I is increased from 0 [A] to I 0 [A], the charging energy accumulated in the primary coil is 1/2 * L * I 0 2 [J] (see charging curve A in FIG. 7). However, if the magnetic material of the primary coil is magnetically saturated before the charging current of the primary coil reaches the target value I 0 , the subsequent current hardly contributes to the accumulation of charging energy.

図７の充電曲線Ｂ（便宜上、充電曲線Ａの場合より自己インダクタンスＬを小さく設定）は、電流増加の途中で磁気飽和が生じた場合の充電曲線を示しており、磁気飽和が生じた後は、充電電流Ｉが急激に増加するものの、磁気飽和後の電流は、エネルギー蓄積に殆ど寄与しない。したがって、目標値Ｉ０に達したタイミングで一次コイルの電流を遮断させても、二次コイルに十分な放電エネルギーを伝達できないおそれがある。 A charging curve B in FIG. 7 (for the sake of convenience, the self-inductance L is set smaller than that in the charging curve A) shows a charging curve when magnetic saturation occurs in the middle of current increase. Although the charging current I increases rapidly, the current after magnetic saturation hardly contributes to energy storage. Therefore, even by interrupting the current in the primary coil at a timing reaches the target value I 0, it may be impossible to transfer a sufficient discharge energy to the secondary coil.

そこで、磁気飽和を回避する必要があるが、磁界Ｈ［ＡＴ］と磁束密度Ｂ［Ｗｂ／ｍ２］の関係を示すＨ−Ｂ曲線（図８参照）から確認される通り、一般に、磁性体に加わる磁界Ｈを増加させても、磁束密度Ｂは、あるレベルで必ず磁気飽和する。ここで、磁界強度Ｈは、磁性体に巻着されるコイルの巻数Ｎとコイル電流Ｉの積（Ｈ＝Ｎ＊Ｉ）で与えられるので、磁気飽和を生じさせない最大の磁界強度ＨＭＡＸに対応して、コイル電流Ｉとコイル巻線Ｎの積を、Ｎ＊Ｉ≦ＨＭＡＸに制限すれば磁気飽和が回避されることになる。 Therefore, although it is necessary to avoid magnetic saturation, as confirmed from the H-B curve (see FIG. 8) showing the relationship between the magnetic field H [AT] and the magnetic flux density B [Wb / m 2 ], in general, a magnetic material is used. Even if the magnetic field H applied to is increased, the magnetic flux density B is always magnetically saturated at a certain level. Here, the magnetic field strength H is given by the product of the number of turns N of the coil wound around the magnetic material and the coil current I (H = N * I), and therefore corresponds to the maximum magnetic field strength H MAX that does not cause magnetic saturation. If the product of the coil current I and the coil winding N is limited to N * I ≦ H MAX , magnetic saturation is avoided.

本発明では、上記の検討を踏まえて、一次コイルのコイル巻線は、最大電流を一次コイルに流した状態でも、磁性体を磁気飽和させないコイル巻数Ｎに設定されており、磁気飽和が生じ得ない。なお、本発明の最大電流は、典型的には、一次コイルに供給される直流電源電圧（バッテリ電圧）Ｅと、一次コイルの損失抵抗ｒとで規定され、最大電流＝Ｅ／ｒなる。そして、本発明では、簡易的には、一次コイルの巻数Ｎが、Ｎ＝ＨＭＡＸ＊ｒ／Ｅとなるように設定される。そして、このような構成を採れば、一次コイルに上限電流（最大電流）ＩＭＡＸが流れた場合でも、ＩＭＡＸ＊Ｎ＝ＨＭＡＸが成立して、磁気飽和が生じることがない。 In the present invention, based on the above consideration, the coil winding of the primary coil is set to the number of coil turns N that does not magnetically saturate the magnetic material even when the maximum current flows through the primary coil, and magnetic saturation can occur. Absent. Note that the maximum current of the present invention is typically defined by the DC power supply voltage (battery voltage) E supplied to the primary coil and the loss resistance r of the primary coil, and the maximum current = E / r. In the present invention, the number of turns N of the primary coil is simply set to be N = H MAX * r / E. If such a configuration is adopted, even when an upper limit current (maximum current) I MAX flows through the primary coil, I MAX * N = H MAX is established, and magnetic saturation does not occur.

なお、本発明における最大の磁界強度ＨＭＡＸは、Ｈ−Ｂ曲線における最大磁束密度ＢＭＡＸを示す水平線と、ＢＭＡＸ／ＳＱＲ（２）に至るまでのＨ−Ｂ曲線を、最小二乗法によって直線近似して得られる直線との接点で規定する（図８参照）。なお、ＳＱＲはルート演算を意味する。 Note that the maximum magnetic field strength H MAX in the present invention is a straight line obtained by a least-squares method between a horizontal line indicating the maximum magnetic flux density B MAX in the H-B curve and an H-B curve up to B MAX / SQR (2). It is defined by the contact point with the straight line obtained by approximation (see FIG. 8). SQR means route calculation.

この点を前提として、本発明の説明を続けると、例えば、半径ａの丸棒状の磁性体（透磁率μ）に、コイル巻線Ｎを巻着した、長さＴのコイルの自己インダクタンスＬ０１は、長岡計数をＣ（Ｃ＜１）として、
Ｌ０１＝Ｃ＊μ＊π＊ａ２＊Ｎ２／Ｔ［Ｈ］＝Ｃ＊μ＊Ｓ＊Ｎ２／Ｔ［Ｈ］・・・（式１）で与えられる。一方、上記のコイルに対応して、断面積Ｓ、平均磁路長Ｔの磁性体（透磁率μ）に、コイル巻線Ｎを巻着したコイルの自己インダクタンスＬ０２は、
Ｌ０２＝μ＊Ｓ＊Ｎ２／Ｔ［Ｈ］・・・（式２）で与えられる。 On the premise of this point, the description of the present invention will be continued. For example, a self-inductance L 01 of a coil having a length T in which a coil winding N is wound around a round bar-shaped magnetic body (permeability μ) having a radius a. Is the Nagaoka count as C (C <1),
L 01 = C * μ * π * a 2 * N 2 / T [H] = C * μ * S * N 2 / T [H] (Expression 1) On the other hand, a self-inductance L 02 of a coil in which a coil winding N is wound around a magnetic body (permeability μ) having a cross-sectional area S and an average magnetic path length T corresponding to the above-described coil,
L 02 = μ * S * N 2 / T [H] (Expression 2)

以上の関係から明らかな通り、長さＴの丸棒磁性体で直線状の開磁路を形成すると、（式１）の自己インダクタンスＬ０１が得られるのに対して、同じ丸棒磁性体をループ形成して、仮に、ギャップの無い閉磁路を形成したとすると、その自己インダクタンスが（式２）で与えられ、長岡計数Ｃの分だけ、当然ながら、必ずＬ０２＞Ｌ０１となる。 As is clear from the above relationship, when a linear open magnetic path is formed with a round bar magnetic body having a length T, the self-inductance L 01 of (Equation 1) is obtained, whereas the same round bar magnetic body is Assuming that a closed magnetic circuit without a gap is formed by forming a loop, the self-inductance is given by (Equation 2), and naturally, L 02 > L 01 for the Nagaoka count C.

ところで、最初に確認した通り、点火コイルの一次電流をゼロから目標電流Ｉ０≦ＨＭＡＸ／Ｎまで増加させた場合、この充電動作による蓄積エネルギーＰは、Ｐ＝１／２＊Ｌ＊Ｉ０ ２［Ｊ］・・・（式３）で与えられる。 By the way, as initially confirmed, when the primary current of the ignition coil is increased from zero to the target current I 0 ≦ H MAX / N, the accumulated energy P by this charging operation is P = 1/2 * L * I 0 2 [J] (Equation 3)

磁気飽和を生じさせない目標電流Ｉ０は、Ｉ０＝Ｈ／Ｎの関係から、コイル巻数Ｎに反比例するので、Ｉ０ ２は、コイル巻数Ｎの２乗に反比例する。一方、（式１）と（式２）に示す通り、自己インダクタンスＬは、何れのコイル形式でも、コイル巻数Ｎの２乗に比例するので、結局、（式３）で与えられる蓄積エネルギーＰは、μ＊Ｓ／Ｔに比例することになる。 Since the target current I 0 that does not cause magnetic saturation is inversely proportional to the number of coil turns N from the relationship of I 0 = H / N, I 0 2 is inversely proportional to the square of the number of coil turns N. On the other hand, as shown in (Equation 1) and (Equation 2), the self-inductance L is proportional to the square of the number of coil turns N in any coil type, so the accumulated energy P given by (Equation 3) is , Μ * S / T.

したがって、一次コイルの蓄積エネルギーＰを上げるには、(a)磁性体の透磁率μを上げるか、(b)磁性体の断面積Ｓを上げるか、(c)コイル長さＴを下げるか、の何れかの方策が必要となる。   Therefore, to increase the stored energy P of the primary coil, (a) increase the magnetic permeability μ of the magnetic material, (b) increase the cross-sectional area S of the magnetic material, or (c) decrease the coil length T, Either of these measures is required.

そこで、本発明者は、方策(a)〜(c)の何れを採るべきか検討したが、磁性体の長さＴをむやみに短くすると、製造時の作業効率が悪化する上に、所定のコイル巻数Ｎを維持できないおそれがある。また、磁性体の透磁率μを高める方策では、材料コストの分だけ製造コストが増加する。   Therefore, the present inventor has examined which of the measures (a) to (c) should be taken. However, if the length T of the magnetic material is shortened unnecessarily, the work efficiency at the time of manufacture deteriorates, and a predetermined amount of There is a possibility that the number of coil turns N cannot be maintained. Further, in the measure for increasing the magnetic permeability μ of the magnetic material, the manufacturing cost increases by the material cost.

但し、何れの方策をとっても、一次コイルの自己インダクタンスが増加するので、むやみに自己インダクタンスＬを増加させると、一次電流の立上り特性が緩慢となる結果、目標電流Ｉ０に達するまでの充電時間が長引き、多重点火動作の点火回数が制限される上に、損失電力が増加して発熱が促進されるなどの弊害が生じる。ちなみに、一次回路の一次コイルの電流を制限する総抵抗値をｒ、バッテリ電圧をＥとすると、一次電流をゼロから目標電流Ｉ０まで増加させる間に、抵抗値ｒで消費される電力量Ｗ［Ｊ］は Ｗ＝∫ｉ２＊ｒ＊ｄｔ
＝Ｌ＊Ｅ２／ｒ２［ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０））−ｒ＊Ｉ０／Ｅ−ｒ２＊Ｉ０ ２／Ｅ２］・・・（式４）であって、一次コイルの自己インダクタンス値Ｌに比例してしまう。そして、図６に示す通り、自己インダクタンスが同じなら、抵抗値ｒが増加するほど、損失エネルギーが増加するのは当然である。なお、前式において、ｌｎは、自然定数ｅを底としたログ記号である。 However, very any measures, the self-inductance of the primary coil increases, unnecessarily increasing the self-inductance L, a result of the rise characteristics of the primary current is slow, the charging time to reach the target current I 0 In addition to limiting the number of times of ignition in the prolonged and multiple ignition operations, there are problems such as increased power loss and promotion of heat generation. Incidentally, if the total resistance value for limiting the primary coil current of the primary circuit is r and the battery voltage is E, the amount of power W consumed by the resistance value r while increasing the primary current from zero to the target current I 0. [J] is W = ∫i 2 * r * dt
= L * E 2 / r 2 [ln (E / (E−r * I 0 )) − r * I 0 / E−r 2 * I 0 2 / E 2 ] (Formula 4) , Which is proportional to the self-inductance value L of the primary coil. And as shown in FIG. 6, if the self-inductance is the same, it is natural that the loss energy increases as the resistance value r increases. In the above equation, ln is a log symbol with the natural constant e as the base.

したがって、本発明者は、以上の諸点を考慮して、一次コイルの充電電流の立上り特性を、適度に維持する条件で（つまりｒ／Ｌの値を余り下げないで）、磁性体の断面積Ｓを増加させる方策が最も妥当であると結論した。なお、立上り特性を維持するために、仮に、Ｌの値に対応して、損失抵抗ｒの値を上げると、ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０）の値が顕著に増加して、損失エネルギーが大幅に増加するので論外となる。 Therefore, the present inventor takes the above points into consideration and maintains the rise characteristic of the charging current of the primary coil in an appropriate condition (that is, the value of r / L is not lowered too much). We conclude that the strategy to increase S is most appropriate. In order to maintain the rising characteristic, if the value of the loss resistance r is increased corresponding to the value of L, the value of ln (E / (E−r * I 0 ) increases remarkably, It is out of the question because the energy loss increases significantly.

そして、本発明者の更なる研究によれば、電流値０から開始して、最大電流（ＩＭＡＸ＝Ｅ／ｒ）の８０％の目標電流Ｉ０に達するまでの充電時間Ｔを、１．０ｍＳ以下、更に好ましくは、０．８ｍＳ以下に設定するのが好ましいとの結論に至った。 According to further studies by the inventor, the charging time T from the current value 0 until reaching the target current I 0 of 80% of the maximum current (I MAX = E / r) is as follows: It came to the conclusion that it is preferable to set to 0 mS or less, more preferably 0.8 mS or less.

充電時間Ｔが、１．０ｍＳを超える場合とは、要するに、自己インダクタンスが大き過ぎる場合であり、一次コイルに蓄積されるエネルギー（１／２＊Ｌ＊Ｉ０ ２）は大きいものの、（式４）から確認される通り、一次コイルでの発熱量が高くなりすぎる弊害がある。また、充電時間が長いので、一点火サイクル中における多重点火回数が制限され、所望の燃焼制御を実現できないおそれもある。 The case where the charging time T exceeds 1.0 mS is, in short, the case where the self-inductance is too large, and the energy (1/2 * L * I 0 2 ) accumulated in the primary coil is large (Equation 4 ), The amount of heat generated in the primary coil is too high. Further, since the charging time is long, the number of multiple ignitions in one ignition cycle is limited, and there is a possibility that desired combustion control cannot be realized.

ところで、充電電流Ｉが、０からＩ０まで増加するに要する充電時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／ｒ＊ｌｎ｛Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０）｝・・・（式５）で与えられる。したがって、前記したＩ０＝０．８＊Ｅ／ｒの条件にしたがい、（式５）に、Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０）＝５を代入すると、Ｌ／ｒ＊ｌｎ（５）≦１．０ｍＳとなり、結局、自己インダクタンスＬ［ｍＨ］を、Ｌ≦１．０＊ｒ／ｌｎ（５）に制限すべきことになる。通常、一次コイルの損失抵抗は１Ω前後であるが、例えばｒ＝１の場合には、一次コイルの自己インダクタンス値を、約０．６２２ｍＨ以下に設定すべきことになる。なお、Ｔ≦０．８ｍＳの条件を採る場合には、自己インダクタンス値を約０．５０ｍＨ以下に設定すべきである。このような構成によれば、素早く目標電流値Ｉ０まで充電できるので、点火コイルが過熱状態になることも、多重点火回数が特に制限されることもない。 By the way, the charging time T required for the charging current I to increase from 0 to I 0 is:
T = L / r * ln {E / (E−r * I 0 )} (Expression 5) Therefore, substituting E / (E−r * I 0 ) = 5 into (Equation 5) in accordance with the condition of I 0 = 0.8 * E / r, L / r * ln (5) ≦ As a result, the self-inductance L [mH] should be limited to L ≦ 1.0 * r / ln (5). Usually, the loss resistance of the primary coil is around 1Ω, but when r = 1, for example, the self-inductance value of the primary coil should be set to about 0.622 mH or less. When the condition of T ≦ 0.8 mS is adopted, the self inductance value should be set to about 0.50 mH or less. According to such a configuration, the target current value I 0 can be charged quickly, so that the ignition coil is not overheated and the number of multiple ignitions is not particularly limited.

一方、目標電流Ｉ０に達した状態での蓄積エネルギーは、一次コイルの自己インダクタンスＬに比例するので、必要な蓄積エネルギーＰＭＩＮに基づいて、自己インダクタンスＬの下限値が決定される。すなわち、Ｌ≧２＊ＰＭＩＮ／Ｉ０ ２に設定される。 Meanwhile, stored energy in the state of reaching the target current I 0 is proportional to the self-inductance L of the primary coil, based on the required stored energy P MIN, the lower limit of the self-inductance L is determined. That is, L ≧ 2 * P MIN / I 0 2 is set.

このように、本発明では、好ましくは、２＊ＰＭＩＮ／Ｉ０ ２≦Ｌ≦０．８＊ｒ／ｌｎ（５）に設定すべきところ、本発明の磁性体は、閉磁路となっているので、適度に断面積Ｓを増加させた小型の磁性体によって、必要な自己インダクタンスを実現できる。 Thus, in the present invention, preferably, 2 * P MIN / I 0 2 ≦ L ≦ 0.8 * r / ln (5), the magnetic body of the present invention has a closed magnetic circuit. Therefore, the necessary self-inductance can be realized by a small magnetic body having a moderately increased cross-sectional area S.

ここで、プラグホールに一次コイルを収容する構造の点火コイルでは、プラグホールの形状から断面積Ｓが制限されてしまうので、プラグホールの外部に、一次コイルを設けるべきである。したがって、本発明では、一次コイル及び二次コイルは、閉磁路を形成する磁性体に各コイル巻線を設けて形成され、点火プラグとの連通路を形成するプラグホールから露出する位置に配置されている。   Here, in the ignition coil having a structure in which the primary coil is accommodated in the plug hole, the cross-sectional area S is limited due to the shape of the plug hole. Therefore, the primary coil should be provided outside the plug hole. Therefore, in the present invention, the primary coil and the secondary coil are formed by providing each coil winding on a magnetic body that forms a closed magnetic circuit, and are disposed at positions that are exposed from a plug hole that forms a communication path with the spark plug. ing.

このような構成を採れば、プラグホールの形状などに制限されることなく、所望の形状の磁性体を使用することができる。しかも、磁性体を閉磁路としているので、（式１）と（式２）の対比から確認される通り、断面積Ｓをむやみに増加させることなく、所定の自己インダクタンスを得ることができる。そして、余裕が生じたスペースを活用して、複雑高度な点火制御回路を、本発明の点火装置に内蔵させることが可能となる。例えば、実施形態で示すように、プラグホールの頭部にワンチップマイコンを搭載しても、余るスペースを有効活用して十分な放熱性能を実現できるなど、正常な動作を維持することができる。   If such a configuration is adopted, a magnetic body having a desired shape can be used without being limited by the shape of the plug hole. Moreover, since the magnetic body is a closed magnetic circuit, a predetermined self-inductance can be obtained without unnecessarily increasing the cross-sectional area S, as confirmed from the comparison between (Equation 1) and (Equation 2). Then, it is possible to incorporate a complicated and sophisticated ignition control circuit in the ignition device of the present invention by utilizing the space where the margin is generated. For example, as shown in the embodiment, even if a one-chip microcomputer is mounted on the head of the plug hole, normal operation can be maintained such that sufficient heat dissipation performance can be realized by effectively utilizing the remaining space.

本発明の点火制御回路は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から点火パルスを受けて、前記一次コイルをＯＮ／ＯＦＦ制御するコンピュータ回路を有して構成されるのが好適である。本発明では、磁性体が閉磁路で構成されているので、その断面積を抑制することでき専有スペースが少ないので、点火装置にコンピュータ回路を搭載しても、放熱部材を配置する十分なスペースを確保することができ、正常にコンピュータ回路を機能させることができる。   The ignition control circuit of the present invention preferably includes a computer circuit that receives an ignition pulse from an ECU (Electronic Control Unit) and controls ON / OFF of the primary coil. In the present invention, since the magnetic body is constituted by a closed magnetic path, the cross-sectional area can be suppressed and the exclusive space is small. Therefore, even if the computer circuit is mounted on the ignition device, a sufficient space for disposing the heat dissipation member Can be ensured, and the computer circuit can function normally.

ここで、コンピュータ回路は、ＥＣＵから、一点火サイクル中に、第１と第２の点火パルスを受けて多重点火動作を実行するのが好適である。この場合、第１の点火パルスは、一点火サイクル中における、一次コイルの一回目のＯＮ動作時間を規定するのが効果的である。また、第２の点火パルスは、一点火サイクル中における、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定していると効果的である。   Here, it is preferable that the computer circuit receives the first and second ignition pulses from the ECU and executes the multiple ignition operation during one ignition cycle. In this case, it is effective that the first ignition pulse defines the first ON operation time of the primary coil during one ignition cycle. Further, it is effective that the second ignition pulse defines an allowable interval for the second and subsequent multiple ignition operations in one ignition cycle.

更にまた、一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路を設けると、コンピュータ回路は、一次電流検出回路の検出値に基づいて、点火コイルの過熱状態を把握することができる。一方、二次コイルの電流を検出する二次電流検出回路を設けると、コンピュータ回路は、二次電流検出回路の検出値に基づいて、点火プラグの劣化状態を判定することができる。   Furthermore, if a primary current detection circuit for detecting the current of the primary coil is provided, the computer circuit can grasp the overheat state of the ignition coil based on the detection value of the primary current detection circuit. On the other hand, when a secondary current detection circuit for detecting the current of the secondary coil is provided, the computer circuit can determine the deterioration state of the spark plug based on the detection value of the secondary current detection circuit.

一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路と、二次コイルの電流を検出する二次電流検出回路と、を設けると、コンピュータ回路は、一次電流検出回路と二次電流検出回路の各検出値に基づいて、自ら多重点火動作を制御することができ極めて好適である。   When the primary current detection circuit for detecting the current of the primary coil and the secondary current detection circuit for detecting the current of the secondary coil are provided, the computer circuit detects each detected value of the primary current detection circuit and the secondary current detection circuit. Therefore, it is possible to control the multiple ignition operation by itself.

以上の通り、本発明によれば、多重点火制御による複雑高度な燃焼制御が可能であって、且つ、十分に小型化されていながら、十分な点火エネルギーを出力できる点火装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize an ignition device capable of performing complex and advanced combustion control by multiple ignition control and outputting sufficient ignition energy while being sufficiently downsized. it can.

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図２は、多重点火可能な点火装置であって、点火プラグＰＧを駆動する点火コイルＣＬと一体化された点火制御回路ＩＧＮの回路構成を図示したものである。この点火装置は、点火コイルＣＬと点火制御回路ＩＧＮとが一体化されてプラグホールの頭部に配置される。プラグホールの底部には、点火プラグＰＧが配置されており、点火プラグＰＧに向けて、点火装置のプラグブーツが延びている。なお、プラグブーツには導電体が内蔵されており、この導電体を経由して、点火コイルの出力が点火プラグに供給される。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 2 is an ignition device capable of multiple ignition, and illustrates a circuit configuration of an ignition control circuit IGN integrated with an ignition coil CL that drives an ignition plug PG. In this ignition device, an ignition coil CL and an ignition control circuit IGN are integrated and arranged at the head of the plug hole. An ignition plug PG is disposed at the bottom of the plug hole, and a plug boot of the ignition device extends toward the ignition plug PG. The plug boot contains a conductor, and the output of the ignition coil is supplied to the spark plug via this conductor.

図示の通り、点火制御回路ＩＧＮには、ＥＣＵから点火動作用の制御信号ＣＴＬを受ける入力端子ＩＮと、点火プラグＰＧの劣化を示す報知信号ＥＲＲをＥＣＵに出力する出力端子ＯＵＴと、バッテリ電圧Ｅを受ける電源端子ＢＴと、一次コイルＬ１に接続される第１端子１ＳＴと、二次コイルＬ２に接続される第２端子２ＮＤと、アースに接続されるグランド端子ＧＮＤとが設けられている。また、二次コイルＬ２は、逆方向電流を阻止するダイオードＤを経由して点火プラグＰＧに接続される。   As shown, the ignition control circuit IGN has an input terminal IN for receiving a control signal CTL for ignition operation from the ECU, an output terminal OUT for outputting a notification signal ERR indicating deterioration of the ignition plug PG to the ECU, and a battery voltage E. Power supply terminal BT, a first terminal 1ST connected to the primary coil L1, a second terminal 2ND connected to the secondary coil L2, and a ground terminal GND connected to the ground. The secondary coil L2 is connected to the spark plug PG via a diode D that blocks reverse current.

点火制御回路ＩＧＮは、詳細には、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とからなる点火コイルＣＬと、一次コイルＬ１の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するトランジスタＱ１と、二次コイルＬ２の誘起電圧によって点火放電される点火プラグＰＧとを中心に構成されている。   Specifically, the ignition control circuit IGN ignites by an ignition coil CL composed of a primary coil L1 and a secondary coil L2, a transistor Q1 that controls ON / OFF of the current of the primary coil L1, and an induced voltage of the secondary coil L2. It is mainly composed of a spark plug PG to be discharged.

一次コイルＬ１と二次コイルＬ２は、閉磁路を形成する磁性体に、各々のコイル巻線を巻着して構成されている。この磁性体の構造は、いわゆる外鉄型であっても、内鉄型であっても良い。また、磁路中に永久磁石などを配置してもよい。   The primary coil L1 and the secondary coil L2 are configured by winding each coil winding around a magnetic body forming a closed magnetic circuit. The structure of the magnetic body may be a so-called outer iron type or an inner iron type. Moreover, you may arrange | position a permanent magnet etc. in a magnetic path.

何れにしても、一次コイルＬ１に最大電流Ｅ／ｒを流しても、磁性体が磁気飽和しないよう構成されている。具体的には、逆バイアスが供給されていない場合、この磁性体の磁束密度の最大値Ｂｍａｘ［Ｗｂ／ｍ２］に対して、一次コイルの巻数Ｎが、Ｎ≦ｒ＊Ｂｍａｘ／（μ＊Ｅ）に設定されている。前式では、バッテリ電圧をＥ、一次コイルＬ１を含む一次回路の損失抵抗の総合値をｒ、磁性体の透磁率をμとしている。なお、簡易的には、Ｎ＝ｒ＊Ｈｍａｘ／Ｅとされる。 In any case, the magnetic material is not magnetically saturated even when the maximum current E / r is passed through the primary coil L1. Specifically, when the reverse bias is not supplied, the number of turns N of the primary coil is N ≦ r * B max / () with respect to the maximum value B max [Wb / m 2 ] of the magnetic flux density of the magnetic material. μ * E). In the previous equation, the battery voltage is E, the total value of the loss resistance of the primary circuit including the primary coil L1 is r, and the magnetic permeability of the magnetic material is μ. For simplicity, N = r * H max / E.

一方、一次コイルによる励磁とは逆方向に、磁石などによる逆バイアスΔＢ［Ｗｂ／ｍ２］が供給されている場合には、Ｎ＊Ｅ／ｒ≦（Ｂｍａｘ＋ΔＢ）／μに設定される。この場合には、逆バイアスΔＢが加わっている分だけ、磁性体の透磁率μが低くても足りる。 On the other hand, when reverse bias ΔB [Wb / m 2 ] by a magnet or the like is supplied in the direction opposite to the excitation by the primary coil, N * E / r ≦ (B max + ΔB) / μ is set. . In this case, the magnetic permeability μ of the magnetic material is sufficient as much as the reverse bias ΔB is added.

何れにしても、一次コイルＬ１は、トランジスタＱ１のコレクタ端子とバッテリとの間に接続されて、バッテリ電圧Ｅを受けている。一方、二次コイルＬ２は、逆方向放電を阻止するダイオードＤと、点火プラグＰＧと、二次電流検出回路ＤＴ２とで、閉回路を構成している。そして、点火プラグＰＧの放電時には、ダイオードＤ→二次コイルＬ２→二次電流検出回路ＤＴ２の経路で放電電流が流れる。   In any case, the primary coil L1 is connected between the collector terminal of the transistor Q1 and the battery and receives the battery voltage E. On the other hand, the secondary coil L2 forms a closed circuit with the diode D that prevents reverse discharge, the spark plug PG, and the secondary current detection circuit DT2. When the spark plug PG is discharged, a discharge current flows through the path of the diode D → secondary coil L2 → secondary current detection circuit DT2.

二次電流検出回路ＤＴ２は、二次コイルＬ２とアースと間に接続された電流検出抵抗Ｒ６と、電流検出抵抗Ｒ６の両端電圧を受けるＴ型のローパスフィルタＦｉ２とで構成されている。図示の通り、ローパスフィルタＦｉ２は、直列接続された抵抗Ｒ７，Ｒ８と、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点とアースとの間に接続されたコンデンサＣ２とで構成されている。そして、電流検出抵抗Ｒ６の両端電圧は、ローパスフィルタＦｉ２を経由してワンチップマイコンＭＣに供給されている。   The secondary current detection circuit DT2 includes a current detection resistor R6 connected between the secondary coil L2 and the ground, and a T-type low-pass filter Fi2 that receives the voltage across the current detection resistor R6. As illustrated, the low-pass filter Fi2 includes resistors R7 and R8 connected in series, and a capacitor C2 connected between the connection point of the resistors R7 and R8 and the ground. The voltage across the current detection resistor R6 is supplied to the one-chip microcomputer MC via the low-pass filter Fi2.

トランジスタＱ１は、具体的にはＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成され、そのエミッタ端子とアースとの間には、一次電流検出回路ＤＴ１が接続されている。なお、一次電流検出回路ＤＴ１は、点火コイルＣＬの過熱を防止して、最適な多重点火動作を実現するために設けられている。したがって、点火プラグＰＧの劣化を検出する上では、必ずしも必須ではなく、これを省略することができる。   The transistor Q1 is specifically composed of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a primary current detection circuit DT1 is connected between the emitter terminal and the ground. The primary current detection circuit DT1 is provided to prevent the ignition coil CL from being overheated and realize an optimal multiple ignition operation. Therefore, it is not always necessary to detect the deterioration of the spark plug PG, and this can be omitted.

但し、この実施形態では、一次電流検出回路ＤＴ１を設けて、多重点火の抑制制御（負帰還制御）を可能にしているので、多重点火の繰り返しよって点火コイルＣＬの損失抵抗での消費電力が増加し、これに対応して損失抵抗の抵抗値が更に増加して一次コイルＬ１の充電特性が緩慢となり、点火コイルＣＬの更なる発熱を促すようなトラブルが未然に防止される。   However, in this embodiment, since the primary current detection circuit DT1 is provided to enable the multiple ignition suppression control (negative feedback control), the power consumption at the loss resistance of the ignition coil CL by the repetition of the multiple ignition. Corresponding to this, the resistance value of the loss resistance further increases, the charging characteristics of the primary coil L1 become slow, and troubles that promote further heat generation of the ignition coil CL are prevented.

そして、この一次電流検出回路ＤＴ１は、一次コイルＬ１とアースと間に接続された電流検出抵抗Ｒ１と、電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧を受けるＴ型のローパスフィルタＦｉ１と、ＯＰアンプによる非反転増幅回路とで構成されている。   The primary current detection circuit DT1 includes a current detection resistor R1 connected between the primary coil L1 and the ground, a T-type low-pass filter Fi1 that receives a voltage across the current detection resistor R1, and non-inverting amplification by an OP amplifier. It is composed of a circuit.

電流検出抵抗Ｒ１における電力損失を抑制するため、電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値は、可能な限り低い方が望ましく、例えば、１０ｍΩ程度の抵抗値に設定される。電流検出抵抗Ｒ１の両端には、２つの抵抗Ｒ２，Ｒ３とコンデンサＣ１とでＴ型に接続されたローパスフィルタＦｉ１が接続され、ローパスフィルタＦｉ１の出力電圧は、ＯＰアンプＱ２の非反転入力端子（＋）に供給されている。   In order to suppress power loss in the current detection resistor R1, the resistance value of the current detection resistor R1 is desirably as low as possible, and is set to, for example, a resistance value of about 10 mΩ. Both ends of the current detection resistor R1 are connected to a low-pass filter Fi1 connected in a T-shape with two resistors R2 and R3 and a capacitor C1, and the output voltage of the low-pass filter Fi1 is the non-inverting input terminal ( +).

一方、ＯＰアンプＱ２の反転入力端子（−）とアースとの間には、入力抵抗Ｒ４が接続され、反転入力端子（−）と出力端子との間には、帰還抵抗Ｒ５が接続されている。したがって、ＯＰアンプＱ２は、増幅率（１＋Ｒ５／Ｒ４）の非反転増幅回路として機能する。   On the other hand, an input resistor R4 is connected between the inverting input terminal (−) of the OP amplifier Q2 and the ground, and a feedback resistor R5 is connected between the inverting input terminal (−) and the output terminal. . Therefore, the OP amplifier Q2 functions as a non-inverting amplifier circuit having an amplification factor (1 + R5 / R4).

トランジスタＱ１のゲート端子には、駆動回路ＤＲが接続されており、駆動回路ＤＲは、ワンチップマイコンＭＣの制御に基づいてトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ動作させている。ワンチップマイコンＭＣは、ＡＤコンバータを内蔵して構成され、点火コイルＣＬの一次電流に比例する信号電圧ｅ１と、点火コイルＣＬの二次電流に比例する信号電圧ｅ２とが、別々のＡＤコンバータに供給されている。また、ワンチップマイコンＭＣは、計時動作を実現するタイマ回路ＣＴと、ＥＣＵから制御信号ＣＴＬを受ける入力ポートと、ＥＣＵに報知信号ＥＲＲを出力する出力ポートが内蔵されている。なお、ワンチップマイコンＭＣやＯＰアンプＱ２の電源電圧は、バッテリ電圧を降圧させる安定化電源回路ＲＧにおいて生成される。   A drive circuit DR is connected to the gate terminal of the transistor Q1, and the drive circuit DR turns on / off the transistor Q1 based on the control of the one-chip microcomputer MC. The one-chip microcomputer MC has a built-in AD converter, and the signal voltage e1 proportional to the primary current of the ignition coil CL and the signal voltage e2 proportional to the secondary current of the ignition coil CL are separated into separate AD converters. Have been supplied. The one-chip microcomputer MC has a built-in timer circuit CT that realizes a timekeeping operation, an input port that receives a control signal CTL from the ECU, and an output port that outputs a notification signal ERR to the ECU. The power supply voltage of the one-chip microcomputer MC and the OP amplifier Q2 is generated in the stabilized power supply circuit RG that steps down the battery voltage.

ワンチップマイコンＭＣは、ＥＣＵから受ける制御信号ＣＴＬに基づいて、トランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦ制御している。図２（ｂ）に示す通り、多重点火動作が実行されるべき点火サイクルでは、ＥＣＵからワンチップマイコンＭＣに、二個の点火パルスＳＧ１，ＳＧ２からなる制御信号ＣＴＬが供給される。ここで、一個目の点火パルスＳＧ１は、トランジスタＱ１の一回目のＯＮ動作時間を規定する制御信号であり、二個目の点火パルスＳＧ２は、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定する制御信号である。   The one-chip microcomputer MC performs ON / OFF control of the transistor Q1 based on a control signal CTL received from the ECU. As shown in FIG. 2B, in the ignition cycle in which the multiple ignition operation is to be executed, a control signal CTL composed of two ignition pulses SG1, SG2 is supplied from the ECU to the one-chip microcomputer MC. Here, the first ignition pulse SG1 is a control signal that defines the first ON operation time of the transistor Q1, and the second ignition pulse SG2 defines an allowable interval for the second and subsequent multiple ignition operations. Control signal.

そこで、一個目の点火パルスＳＧ１は、そのまま、ワンチップマイコンＭＣから駆動回路ＤＲに供給されて、トランジスタＱ１をＯＮ動作させる。ここで、一個目の点火パルスのパルス幅がＴであれば、一次コイルＬ１の一次電流ｉ１は、ゼロから開始して、遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）に達したタイミングで遮断される。なお、一次電流ｉ１が遮断された時に二次コイルＬ２に誘起される高電圧によって点火プラグＰＧが放電する。前式において、Ｅはバッテリ電圧、ｒは点火コイルＣＬの一次側の全損失抵抗、Ｌ１は一次コイルのインダクタンス値、ｅｘｐは指数関数を意味する。   Therefore, the first ignition pulse SG1 is supplied as it is from the one-chip microcomputer MC to the drive circuit DR, and the transistor Q1 is turned on. Here, if the pulse width of the first ignition pulse is T, the primary current i1 of the primary coil L1 starts from zero, and the cutoff current value = E / r * (1-exp (−r * T / L1), the spark plug PG is discharged by the high voltage induced in the secondary coil L2 when the primary current i1 is interrupted, where E is the battery voltage and r is The total loss resistance on the primary side of the ignition coil CL, L1 represents the inductance value of the primary coil, and exp represents an exponential function.

以上の通り、各点火サイクルにおける一回目の点火動作については、完全にＥＣＵの制御に基づいて実現される。したがって、ＥＣＵは、多数のセンサ信号に基づいて運転状態を把握しつつ、各運転状態に応じた最適なタイミングで、混合気の点火動作を実現することができる。   As described above, the first ignition operation in each ignition cycle is completely realized based on the control of the ECU. Therefore, the ECU can realize the ignition operation of the air-fuel mixture at an optimal timing according to each operation state while grasping the operation state based on a large number of sensor signals.

そして、一次電流ｉ１の遮断時（タイミングＡ）には、そのタイミングＡでの一次コイルＬ１の電流（一次ピーク電流Ｉ１Ｐ）と、二次コイルＬ２の電流（二次ピーク電流Ｉ２Ｐ）とが、各々、一次電流検出回路ＤＴ１と二次電流検出回路ＤＴ２の出力に基づいて特定される。一次ピーク電流Ｉ１Ｐは、当該点火サイクルにおける二回目以降の点火動作における一次電流ｉ１の遮断タイミングを規定する電流閾値ＴＨ１となる。 When the primary current i1 is cut off (timing A), the current of the primary coil L1 at the timing A (primary peak current I 1P ) and the current of the secondary coil L2 (secondary peak current I 2P ) are , Respectively, based on the outputs of the primary current detection circuit DT1 and the secondary current detection circuit DT2. The primary peak current I 1P is a current threshold value TH1 that defines the cutoff timing of the primary current i1 in the second and subsequent ignition operations in the ignition cycle.

一方、この実施形態では、一次ピーク電流Ｉ１Ｐや二次ピーク電流Ｉ２Ｐのレベルに応じた二次コイルの放電特性が、予め実験的に特定されており、ワンチップマイコンＭＣには、一次ピーク電流Ｉ１Ｐ又は二次ピーク電流Ｉ２Ｐ毎に、正常な点火プラグで実現される二次電流ｉ２の放電時の傾斜角度（＝ΔＩ２／ΔｔＳ）記憶されている。したがって、特定された一次ピーク電流Ｉ１Ｐや二次ピーク電流Ｉ２Ｐに対応して、これから実現される二次電流ｉ２の放電動作における、正常な放電角度（＝ΔＩ２／ΔｔＳ）が特定されたことになる。 On the other hand, in this embodiment, the discharge characteristics of the secondary coil corresponding to the levels of the primary peak current I 1P and the secondary peak current I 2P are experimentally specified in advance, and the one-chip microcomputer MC has the primary peak For each current I 1P or secondary peak current I 2P , an inclination angle (= ΔI 2 / Δt S ) at the time of discharging the secondary current i 2 realized by a normal spark plug is stored. Accordingly, a normal discharge angle (= ΔI 2 / Δt S ) is specified in the discharge operation of the secondary current i2 to be realized from now on, corresponding to the specified primary peak current I 1P and secondary peak current I 2P. That's right.

そして、その後、ワンチップマイコンＭＣは、タイミングＡからの経過時間ＴＭを継続的にチェックして、これが経過基準時ΔｔＳに達するタイミングを検出する。そして、経過時間ＴＭ＝経過基準時ΔｔＳとなったタイミングで、二次電流検出回路ＤＲＴ２の出力信号に基づいて二次電流ｉ２を特定し、特定された二次電流ｉ２を、電流判定値（＝Ｉ２Ｐ−ΔＩ２）と比較する。そして、二次電流ｉ２が電流判定値を大きく超えており、要するに、放電特性が急峻である場合には、点火プラグが異常であると判定される。 Thereafter, the one-chip microcomputer MC continuously checks the elapsed time TM from the timing A, and detects the timing at which this reaches the elapsed reference time Δt S. Then, at the timing when the elapsed time TM = the elapsed reference time Δt S , the secondary current i2 is specified based on the output signal of the secondary current detection circuit DRT2, and the specified secondary current i2 is converted into a current determination value ( = I 2P -ΔI 2 ). Then, when the secondary current i2 greatly exceeds the current determination value, in short, when the discharge characteristics are steep, it is determined that the spark plug is abnormal.

図１は、上記した点火プラグの劣化判定の原理を説明するものであり、各々、一次電流特性（ａ）と、二次電圧特性（ｂ）と、二次電流特性（ｃ）とが示されている。図１（ａ）に示す通り、一次コイルの通電期間が０．７ｍＳ程度であり、一次ピーク電流が１０Ａ程度になっている。そして、図１（ｂ）と図１（ｃ）は、プラグ間ギャップを変化させて、点火プラグの放電開始電圧を変化させた場合の動作特性を示している。放電開始電圧は、具体的には、５２０Ｖ，８００Ｖ，２ｋＶの何れかであり、放電開始後の二次コイルの電圧変化と電流変化とが図示されている。   FIG. 1 explains the principle of determining the deterioration of the spark plug described above, and shows a primary current characteristic (a), a secondary voltage characteristic (b), and a secondary current characteristic (c), respectively. ing. As shown in FIG. 1A, the energization period of the primary coil is about 0.7 mS, and the primary peak current is about 10A. 1 (b) and 1 (c) show operating characteristics when the plug-to-plug gap is changed to change the discharge start voltage of the spark plug. Specifically, the discharge start voltage is any one of 520 V, 800 V, and 2 kV, and the voltage change and current change of the secondary coil after the discharge start are illustrated.

図１（ｃ）から確認される通り、放電開始電圧（二次ピーク電圧）が、５２０Ｖ，８００Ｖ，２ｋＶのように相違するにも拘わらず、二次ピーク電流は、８０ｍＡ程度の同一値である。一方、放電開始電圧の相違に対応して、二次電流の推移特性は顕著に相違するので、この降下特性の差異に基づいて点火プラグの劣化を検出することができる。すなわち、正常な放電傾斜角度（＝ΔＩ２／ΔｔＳ）から大きく逸脱して、放電特性が急峻である場合は、点火プラグが劣化している場合に他ならない。なお、図１には省略されているが、一次コイルの通電期間を延ばして、一次ピーク電流を増加させた場合には、これに対応して二次ピーク電流が増加する。 As can be seen from FIG. 1C, the secondary peak current has the same value of about 80 mA even though the discharge start voltage (secondary peak voltage) is different such as 520 V, 800 V, and 2 kV. . On the other hand, since the transition characteristics of the secondary current are significantly different corresponding to the difference in the discharge start voltage, the deterioration of the spark plug can be detected based on the difference in the drop characteristics. That is, when the discharge characteristic is steeply deviated from the normal discharge inclination angle (= ΔI 2 / Δt S ), this is the case when the spark plug is deteriorated. Although omitted in FIG. 1, when the primary peak current is increased by extending the energization period of the primary coil, the secondary peak current increases correspondingly.

さて、ワンチップマイコンＭＣが、このような判定処理を実行していると、やがて、ＥＣＵからワンチップマイコンＭＣに、二個目の点火パルスＳＧ２が供給される。すなわち、図２（ｂ）のタイミングＢで、制御信号ＣＴＬが再度立上がる。そこで、ワンチップマイコンＭＣは、二個目の点火パルスＳＧ２に基づいて、トランジスタＱ１を再度ＯＮ動作させる。そして、このタイミングＢでの二次コイルＬ２の二次電流が、二次電流検出回路ＤＴ２の出力に基づいて特定される。特定された二次電流は、当該点火サイクルにおける三回目以降の一次コイルの充電動作の開始タイミングを決定する電流閾値ＴＨ２となる。   Now, when the one-chip microcomputer MC is executing such a determination process, the second ignition pulse SG2 is eventually supplied from the ECU to the one-chip microcomputer MC. That is, the control signal CTL rises again at the timing B in FIG. Therefore, the one-chip microcomputer MC turns on the transistor Q1 again based on the second ignition pulse SG2. Then, the secondary current of the secondary coil L2 at this timing B is specified based on the output of the secondary current detection circuit DT2. The identified secondary current becomes a current threshold value TH2 that determines the start timing of the charging operation of the primary coil after the third time in the ignition cycle.

図２（ｃ）に示される通り、ＥＣＵに規定されるタイミングＢの後は、一次コイルＬ１に対する二回目の充電動作が開始される。そして、ＯＮ動作したトランジスタＱ１は、一次電流ｉ１が電流閾値ＴＨ１に達したタイミングでＯＦＦ動作するようワンチップマイコンＭＣによって制御される。   As shown in FIG. 2C, after the timing B defined by the ECU, the second charging operation for the primary coil L1 is started. The transistor Q1 that has been turned on is controlled by the one-chip microcomputer MC so as to be turned off when the primary current i1 reaches the current threshold value TH1.

そして、その後、二次電流ｉ２が負の電流初期値Ｉ２Ｐからゼロに向けて増加するが、その二次電流ｉ２が電流閾値ＴＨ２に達したタイミングで、トランジスタＱ１の三回目のＯＮ動作が開始される。 After that, the secondary current i2 increases from the negative current initial value I2P toward zero, but at the timing when the secondary current i2 reaches the current threshold value TH2, the third ON operation of the transistor Q1 starts. Is done.

以下、同様であり、一次電流が電流閾値ＴＨ１に達すると、ワンチップマイコンＭＣによって、トランジスタＱ１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に制御され、その後、二次電流が電流閾値ＴＨ２に達すると、ワンチップマイコンＭＣによって、トランジスタＱ１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に制御されて多重点火動作が実現される。このような多重点火動作を繰り返していると、やがて、二個目の点火パルスＳＧ２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に戻るので、その後は点火動作が禁止される。   The same applies to the following. When the primary current reaches the current threshold value TH1, the one-chip microcomputer MC controls the transistor Q1 from the ON state to the OFF state. After that, when the secondary current reaches the current threshold value TH2, the one-chip microcomputer. The MC controls the transistor Q1 from the OFF state to the ON state, thereby realizing a multiple ignition operation. If such multiple ignition operation is repeated, the second ignition pulse SG2 eventually returns from the ON state to the OFF state, and thereafter the ignition operation is prohibited.

以上、点火コイルが過熱状態でない通常時について、図２（ｂ）〜（ｄ）に基づいて説明した。しかし、点火コイルが過熱状態となって場合には、ワンチップマイコンＭＣは、電流閾値ＴＨ１を上記の遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）より低下させることで、二回目以降のＯＮ動作時間を短縮化する。   The normal time when the ignition coil is not in an overheated state has been described based on FIGS. However, when the ignition coil is overheated, the one-chip microcomputer MC reduces the current threshold value TH1 from the above-described cutoff current value = E / r * (1−exp (−r * T / L1). Thus, the ON operation time after the second time is shortened.

点火コイルＣＬが過熱状態であるか否かは、トランジスタＱ１の一回目のＯＮ動作時間Ｔと、一回目の遮断電流値＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊Ｔ／Ｌ１）との比率から判定することもできるが、より正確には、所定の目標値Ｉ０に達する迄の一次コイルＬ１の通電時間Ｔによって判定することができる。そこで、本実施形態では、後者の手法を採用することとし、一個目の点火パルスＳＧ１のＯＮ時に、一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１を監視することで、点火コイルＣＬの過熱の有無を判定している。 Whether or not the ignition coil CL is in an overheated state depends on the first ON operation time T of the transistor Q1 and the first cutoff current value = E / r * (1-exp (−r * T / L1)). Although it can be determined from the ratio, more accurately, it can be determined by the energization time T of the primary coil L1 until the predetermined target value I 0 is reached. When the first ignition pulse SG1 is turned on, the signal voltage e1 from the primary current detection circuit DT1 is monitored to determine whether the ignition coil CL is overheated.

以上、本実施形態の原理説明を終えたので、次に、図３に基づいて、ワンチップマイコンＭＣの具体的な動作内容を説明する。図３は、内燃機関の運転時におけるワンチップマイコンの定常的な動作内容を示すフローチャートである。   The principle of the present embodiment has been described above. Next, specific operation contents of the one-chip microcomputer MC will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the steady operation contents of the one-chip microcomputer during operation of the internal combustion engine.

先ず、ワンチップマイコンＭＣは、内蔵された入力ポートをアクセスして、ＥＣＵが制御信号ＣＴＬを出力しているか否かを判定する（ＳＴ１）。そして、制御信号ＣＴＬの立上りエッジが検出される場合には（ＳＴ２がＹｅｓ）、判定フラグＦＧが０か１かを判定する（ＳＴ３）。ここで、判定フラグＦＧは、一個目の点火パルスＳＧ１による点火動作中（ＦＧ＝１）か、二個目の点火パルスＳＧ２による点火動作中（ＦＧ＝２）か、未だ、点火制御動作を開始していないか（ＦＧ＝０）を区別するためのフラグである。   First, the one-chip microcomputer MC accesses the built-in input port and determines whether or not the ECU is outputting the control signal CTL (ST1). When the rising edge of the control signal CTL is detected (ST2 is Yes), it is determined whether the determination flag FG is 0 or 1 (ST3). Here, the determination flag FG indicates whether the ignition operation by the first ignition pulse SG1 (FG = 1) or the ignition operation by the second ignition pulse SG2 (FG = 2), or the ignition control operation is still started. It is a flag for distinguishing whether or not (FG = 0).

そこで、判定フラグＦＧが０である場合には、今が、一個目の点火パルスＳＧ１の立上りタイミングであると判定できるので、トランジスタＱ１をＯＮ駆動して判定フラグＦＧを１に設定する（ＳＴ４）。一方、判定フラグＦＧが１である場合には、今が、二個目の点火パルスＳＧ２の立上りタイミング（＝タイミングＢ）であると判定できるので、トランジスタＱ１をＯＮ駆動して判定フラグＦＧを２に設定する（ＳＴ５）。また、この瞬間の二次電流検出回路ＤＴ２からの信号電圧ｅ２に基づいて、その後の二次電流の閾値ＴＨ２（図２（ｄ）参照）を決定する（ＳＴ６）。このタイミングＢでは、点火コイルＣＬが過熱状態か否かが既に把握されているので（ＳＴ１８参照）、過熱状態である場合には、例えば、補正した電流閾値ＴＨ２が採用される。なお、判定フラグＦＧの値が２であるなど、０でも１でもない場合は、エラー状態であるので何もしない。   Therefore, if the determination flag FG is 0, it can be determined that it is now the rising timing of the first ignition pulse SG1, so that the transistor Q1 is driven ON and the determination flag FG is set to 1 (ST4). . On the other hand, when the determination flag FG is 1, since it can be determined that the current timing is the rising timing (= timing B) of the second ignition pulse SG2, the transistor Q1 is driven ON to set the determination flag FG to 2. (ST5). Further, based on the signal voltage e2 from the secondary current detection circuit DT2 at this moment, the subsequent threshold TH2 (see FIG. 2D) of the secondary current is determined (ST6). At timing B, since it is already known whether or not the ignition coil CL is in an overheated state (see ST18), for example, a corrected current threshold TH2 is adopted in the overheated state. If the value of the determination flag FG is 2, such as 2, it is an error state and nothing is done.

ところで、ステップＳＴ２の判定がＮｏの場合には、次に、制御信号ＣＴＬの立下りエッジが検出されたか否かが判定され（ＳＴ７）、制御信号ＣＴＬの立下りエッジが検出された場合には、判定フラグＦＧが１か２かを判定する（ＳＴ８）。ここで、判定フラグＦＧ＝１の場合には、今が、一個目の点火パルスＳＧ１の立下りタイミング（＝タイミングＡ）であると考えられるので、トランジスタＱ１をＯＦＦ駆動する（ＳＴ９）。また、このタイミングＡからの経過時間ＴＭを計測するべくワンチップマイコンＭＣに内蔵されたタイマ回路ＣＴの計時動作を開始させる（ＳＴ９）。   By the way, if the determination in step ST2 is No, it is next determined whether or not the falling edge of the control signal CTL is detected (ST7), and if the falling edge of the control signal CTL is detected. Then, it is determined whether the determination flag FG is 1 or 2 (ST8). Here, when the determination flag FG = 1, since it is considered that this is the falling timing (= timing A) of the first ignition pulse SG1, the transistor Q1 is driven OFF (ST9). Further, the timer circuit CT built in the one-chip microcomputer MC is started to measure the elapsed time TM from the timing A (ST9).

次に、一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１に基づいて、一次ピーク電流Ｉ１Ｐを把握し（ＳＴ１０）、二次電流検出回路ＤＴ２からの信号電圧ｅ２に基づいて、二次ピーク電流Ｉ２Ｐを把握する（ＳＴ１１）。そして、把握された一次ピーク電流Ｉ１Ｐや二次ピーク電流Ｉ２Ｐに対応して、これから開始される二次コイルＬ２の放電動作における、正常な放電傾斜角度（＝ΔＩ２／ΔｔＳ）を特定する。具体的には、この実施形態では、電流判定値Ｉ２Ｐ−ΔＩ２と、経過基準時ΔｔＳとが、一次ピーク電流Ｉ１Ｐに対応して決定される。 Then, based on the signal voltage e1 from the primary current detection circuit DT1, I grasp the primary peak current I 1P (ST10), based on a signal voltage e2 from the secondary current detection circuit DT2, the secondary peak current I 2P (ST11). Then, in correspondence with the grasped primary peak current I 1P and secondary peak current I 2P , the normal discharge inclination angle (= ΔI 2 / Δt S ) in the discharge operation of the secondary coil L 2 started from now is specified. To do. Specifically, in this embodiment, the current determination value I 2P −ΔI 2 and the elapsed reference time Δt S are determined corresponding to the primary peak current I 1P .

また、一次ピーク電流Ｉ１Ｐが、その後の一次電流ｉ１の電流閾値ＴＨ１とされる（ＳＴ１０）。但し、このタイミングＡでは、点火コイルＣＬが過熱状態か否かが既に把握されているので（ＳＴ１８参照）、過熱状態である場合には、一次ピーク電流Ｉ１Ｐを降下補正した値が電流閾値ＴＨ１に採用される。 Further, the primary peak current I 1P is set as the current threshold TH1 of the subsequent primary current i1 (ST10). However, in this timing A, since whether the ignition coil CL is overheating have already been grasped (see ST18), if it is overheated, the value dropped corrected primary peak current I 1P current threshold TH1 Adopted.

一方、ステップＳＴ８の処理において、判定フラグＦＧ＝２と判定された場合には、今が、二個目の点火パルスＳＧ２の立下りタイミングであると考えられるので、その時のトランジスタＱ１のＯＮ／ＯＦＦ状態に拘わらず、トランジスタＱ１を強制的にＯＦＦ駆動して、今回の点火サイクルの処理を終わらせる（ＳＴ１２）。   On the other hand, if it is determined in step ST8 that the determination flag FG = 2, it is considered that this is the falling timing of the second ignition pulse SG2, so that the transistor Q1 at that time is turned on / off. Regardless of the state, the transistor Q1 is forcibly turned off to end the process of the current ignition cycle (ST12).

以上説明した何れかの処理が完了すると、点火プラグＰＧの異常判定が可能か否かを判定するため、タイマ回路ＣＴで計時された経過時間ＴＭがゼロを超えているか否かを判定する（ＳＴ１３）。先に説明した通り、タイミングＡで実行されるステップＳＴ９の処理によって、タイマ回路ＣＴの動作が開始されるので、タイミングＡの後であれば経過時間ＴＭ＞０である。一方、タイミングＡに至るまでは経過時間ＴＭ＝０であり、また、経過基準時ΔｔＳを超えると、経過時間ＴＭ＝０となるよう処理されている（ＳＴ１５参照）。 When any of the processes described above is completed, it is determined whether or not the elapsed time TM measured by the timer circuit CT exceeds zero in order to determine whether or not the ignition plug PG can be determined to be abnormal (ST13). ). As described above, since the operation of the timer circuit CT is started by the process of step ST9 executed at the timing A, the elapsed time TM> 0 after the timing A. On the other hand, the elapsed time TM = 0 until the timing A is reached, and when the elapsed reference time Δt S is exceeded, the elapsed time TM = 0 is processed (see ST15).

したがって、ステップＳＴ１３の判定で、経過結果ＴＭ＝０と判定される場合には、過熱判定と抑制制御に関する処理（ＳＴ１８）を実行した後、ステップＳＴ１の処理に戻る。一方、経過時間ＴＭ＞０と判定される場合には、その経過時間ＴＭが予め決定されている経過基準時ΔｔＳに達しているか否かが判定される（ＳＴ１４）。そして、経過時間ＴＭ≠経過基準時ΔｔＳであれば、ステップＳＴ１の処理に戻る。 Therefore, if it is determined in step ST13 that the elapsed result TM = 0, the process related to overheating determination and suppression control (ST18) is executed, and then the process returns to step ST1. On the other hand, when it is determined that the elapsed time TM> 0, it is determined whether or not the elapsed time TM has reached a predetermined elapsed reference time Δt S (ST14). If elapsed time TM ≠ elapsed reference time Δt S , the process returns to step ST1.

逆に、経過時間ＴＭが経過基準時ΔｔＳに達していれば、タイマ回路ＣＴの動作を停止すると共に、経過時間ＴＭをゼロに初期設定する（ＳＴ１５）。そして、そのタイミングにおける二次電流ｉ２を、二次電流検出回路ＤＴ２の出力に基づいて特定し、その二次電流ｉ２を、予め決定されている電流判定値（＝Ｉ２Ｐ−ΔＩ２）と比較する（ＳＴ１６）。なお、この電流判定値Ｉ２Ｐ−ΔＩ２は、経過基準時ΔｔＳと同様、ステップＳＴ１の処理で選択される値である。具体的には、タイミングＡで検出された一次ピーク電流Ｉ１Ｐを検索キーにして、ワンチップマイコンＭＣのメモリから抽出される経過基準時ΔｔＳと電流判定値Ｉ２Ｐ−ΔＩ２である。 On the contrary, if the elapsed time TM has reached the elapsed reference time Δt S , the operation of the timer circuit CT is stopped and the elapsed time TM is initialized to zero (ST15). Then, the secondary current i2 at that timing is specified based on the output of the secondary current detection circuit DT2, and the secondary current i2 is compared with a predetermined current determination value (= I 2P −ΔI 2 ). (ST16). Note that the current determination value I 2P −ΔI 2 is a value selected in the process of step ST1 as with the elapsed reference time Δt S. Specifically, the elapsed reference time Δt S and the current determination value I 2P −ΔI 2 extracted from the memory of the one-chip microcomputer MC using the primary peak current I 1P detected at the timing A as a search key.

そして、二次電流ｉ２と電流判定値との差が許容範囲を超える異常時には、点火プラグが劣化していると判定され、更にこのような異常判定が連続して発生している場合には、その旨の異常信号ＥＲＲをＥＣＵに出力する（ＳＴ１７）。なお、異常判定の結果を、直ちにはＥＣＵに伝送せず、過去の異常判定の履歴を考慮するのは、誤判定を防止するためである。   And when the difference between the secondary current i2 and the current determination value exceeds the allowable range, it is determined that the spark plug is deteriorated. Further, when such an abnormality determination occurs continuously, An abnormal signal ERR to that effect is output to the ECU (ST17). Note that the result of abnormality determination is not immediately transmitted to the ECU, and the history of past abnormality determination is taken into consideration in order to prevent erroneous determination.

図４は、過熱判定と抑制制御を示すフローチャートであり、図３のステップＳＴ１８の具体的内容を例示している。   FIG. 4 is a flowchart showing overheat determination and suppression control, and illustrates the specific contents of step ST18 of FIG.

先ず、判定フラグＦＧの値が１か否か判定され（ＳＴ２０）、判定フラグＦＧ＝１なら一次コイルＬ１の一次電流ｉ１が取得される（ＳＴ２１）。そして、取得した一次電流ｉ１を基準電流ＩＳと比較して（ＳＴ２２）、一次電流ｉ１が基準電流ＩＳのレベルに達していたら、一次コイルＬ１の通電時間ＴＳを取得する（ＳＴ２３）。なお、この計時動作には、ワンチップマイコンに内蔵された別のタイマ回路ＣＴ’が使用される。また、このタイミングでは、過熱状態を示す過熱変数ＯＶＲをゼロクリアする（ＳＴ２３）。そして、通電時間ＴＳが通電閾値ＴＴＨを超えている場合には、加熱状態であると判定して、過熱変数ＯＶＲを１にセットして処理を終える（ＳＴ２５）。 First, it is determined whether or not the value of the determination flag FG is 1 (ST20). If the determination flag FG = 1, the primary current i1 of the primary coil L1 is acquired (ST21). Then, the primary current i1 obtained is compared with a reference current I S (ST22), the primary current i1 is when I reach the level of the reference current I S, to obtain the current time T S of the primary coil L1 (ST23). Note that this timer operation uses another timer circuit CT ′ built in the one-chip microcomputer. At this timing, the overheat variable OVR indicating the overheat state is cleared to zero (ST23). If the energization time T S exceeds the energization threshold T TH , it is determined that the heating state is set, the overheating variable OVR is set to 1, and the process ends (ST25).

ところで、判定フラグＦＧ≠１の場合や、一次電流ｉ１≠基準電流ＩＳの場合には、次に、判定フラグＦＧが２か否か判定される（ＳＴ２６）。これは、このタイミングが、二個目の点火パルスＳＧ２のＯＮ時であって、ワンチップマイコンＭＣによる多重点火動作時であるか否かを判定するためである。そして、判定フラグＦＧ＝２の場合には、一次電流検出回路ＤＴ１からの信号電圧ｅ１に基づいて、一次電流ｉ１が電流閾値ＴＨ１に達したか否かが判定され（ＳＴ２７）、電流閾値ＴＨ１に達した場合には、トランジスタＱ１をＯＦＦ駆動する（ＳＴ２８）。 However, and if the determination flag FG ≠ 1, in the case of the primary current i1 ≠ reference current I S is then determined flag FG is determined whether 2 or not (ST26). This is because it is determined whether or not this timing is when the second ignition pulse SG2 is ON, and when the multiple ignition operation is performed by the one-chip microcomputer MC. When the determination flag FG = 2, it is determined whether or not the primary current i1 has reached the current threshold value TH1 based on the signal voltage e1 from the primary current detection circuit DT1 (ST27), and the current threshold value TH1 is reached. If it has reached, the transistor Q1 is driven OFF (ST28).

逆に、一次電流ｉ１が電流閾値ＴＨ１に達していない場合には、二次電流ｉ２が電流閾値ＴＨ２に達したか否かが判定され（ＳＴ２９）、電流閾値ＴＨ２に達した場合には、トランジスタＱ１をＯＮ駆動する（ＳＴ３０）。このようなステップＳＴ２６〜ＳＴ３０の処理によってワンチップマイコンＭＣ独自の制御による多重点火動作が実現される。   On the contrary, when the primary current i1 has not reached the current threshold value TH1, it is determined whether or not the secondary current i2 has reached the current threshold value TH2 (ST29). Q1 is turned ON (ST30). The multiple ignition operation by the control unique to the one-chip microcomputer MC is realized by the processing of steps ST26 to ST30.

以上の通り、本実施形態では、各点火サイクル毎に、二次電流の放電特性に基づいて点火プラグの異常を判定しており、点火プラグの劣化を早期に検出することができる。また、各点火サイクルで点火コイルの過熱の有無を判定して、過熱時には、多重放電の放電回数や一次コイルの充電時間を抑制しているので、点火プラグの劣化を抑制することもできる。   As described above, in the present embodiment, for each ignition cycle, the abnormality of the ignition plug is determined based on the discharge characteristic of the secondary current, and deterioration of the ignition plug can be detected at an early stage. In addition, it is determined whether or not the ignition coil is overheated in each ignition cycle, and during overheating, the number of multiple discharges and the charging time of the primary coil are suppressed, so that deterioration of the spark plug can be suppressed.

以下、このような抑制制御の重要性を説明するため、念のため、点火コイルＣＬの発熱と信号電圧ｅ１との関係を説明する。   Hereinafter, in order to explain the importance of such suppression control, the relationship between the heat generation of the ignition coil CL and the signal voltage e1 will be described just in case.

今、トランジスタＱ１がｔ＝０の瞬間にＯＮ動作して、一次コイルＬ１への充電電流ｉが０から増加する場合を想定する。このようなコイル充電動作時には、点火プラグＰＧが放電していないので、二次コイルＬ２の二次電流を無視することができ、バッテリ電圧をＥとして、下記の回路方程式が成立する。Ｅ＝Ｌ１＊ｄｉ／ｄｔ＋ｒ＊ｉ・・・・（式Ａ）
なお、（式Ａ）において、ｒは、一次コイルＬ１の損失抵抗と、検出抵抗Ｒ１などの総和であるが、Ｒ１≒０であることから、ほぼｒ＝一次コイルの損失抵抗であると考えてよい。そして、（式Ａ）を解くと、一次コイルＬ１の充電電流ｉは、
ｉ＝Ｅ／ｒ＊（１−ｅｘｐ（−ｒ＊ｔ／Ｌ１）・・・（式Ｂ）と与えられる。 Assume that the transistor Q1 is turned ON at the moment t = 0, and the charging current i to the primary coil L1 increases from zero. During such a coil charging operation, since the spark plug PG is not discharged, the secondary current of the secondary coil L2 can be ignored, and the following circuit equation is established with the battery voltage as E. E = L1 * di / dt + r * i (formula A)
In (Expression A), r is the sum of the loss resistance of the primary coil L1, the detection resistance R1, etc., but since R1≈0, it is considered that r is almost the loss resistance of the primary coil. Good. And when solving (Formula A), the charging current i of the primary coil L1 is
i = E / r * (1-exp (−r * t / L1) (Formula B)

（式Ｂ）から明らかな通り、充電電流ｉの立上りは、一次コイルＬ１のインダクタンス値と、損失抵抗ｒとに密接に関係している。ここで、一次コイルＬ１のインダクタンスが、負の温度係数を持つのに対して、一次コイルＬ１の損失抵抗≒ｒは、正の温度係数を持っている。そのため、多重点火を繰り返すことによって、点火コイルＣＬが過熱状態となると、ｒ／Ｌの値が増加するものの、一次コイルＬ１の飽和電流Ｅ／ｒが大きく減少するので、図５に示す通り、充電電流ｉの立上り特性が緩慢となる。   As is clear from (Formula B), the rising of the charging current i is closely related to the inductance value of the primary coil L1 and the loss resistance r. Here, the inductance of the primary coil L1 has a negative temperature coefficient, whereas the loss resistance≈r of the primary coil L1 has a positive temperature coefficient. Therefore, when the ignition coil CL is overheated by repeating multiple ignition, the value of r / L increases, but the saturation current E / r of the primary coil L1 greatly decreases. As shown in FIG. The rising characteristic of the charging current i becomes slow.

ここで、充電電流ｉが０から、特定の目標電流Ｉ０まで増加するに要する通電時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／ｒ＊Ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０））・・・（式Ｃ）で与えられるので、点火コイルＣＬが発熱するほど、目標電流Ｉ０に達するまでの通電時間Ｔが増加することになる（図５）。なお、Ｌｎは、自然定数ｅを底としたログ記号である。 Here, the energization time T required for the charging current i to increase from 0 to a specific target current I 0 is T = L / r * Ln (E / (E−r * I 0 )) (formula Therefore, as the ignition coil CL generates heat, the energization time T until the target current I 0 is reached increases (FIG. 5). Note that Ln is a log symbol with the natural constant e as the base.

また、ｔ＝０からｔ＝Ｔまでの損失抵抗ｒにおける消費電力量Ｐ［Ｊ］＝∫［ｉ２＊ｒ］ｄｔを計算すると、
Ｐ＝Ｅ２＊Ｌ／ｒ２＊Ｌｎ（Ｅ／（Ｅ−ｒ＊Ｉ０））−Ｅ＊Ｌ＊Ｉ０／ｒ−Ｌ＊Ｉ０ ２／２・・・（式Ｄ）となる。 Further, when calculating the power consumption P [J] = ∫ [i 2 * r] dt in the loss resistance r from t = 0 to t = T,
P = E 2 * L / r 2 * Ln (E / (E-r * I 0)) - become E * L * I 0 / r -L * I 0 2/2 ··· ( wherein D).

（式Ｄ）において、第１項は、損失抵抗ｒの増加に対応して増加し、第２項は損失抵抗ｒの増加に対応して減少し、第３項は固定値である。そのため、消費電力量Ｐ［Ｊ］は、図６に示すように、横軸に示す損失抵抗ｒの増加と共に増加する。したがって、点火コイルＣＬの発熱によって、一次コイルＬ１の損失抵抗ｒが増加すると、増加した消費電力量Ｐ［Ｊ］の分だけ、一次コイルＬ１の発熱が加速されることになり、もし一次電流の電流閾値ＴＨ１（＝目標電流Ｉ０）を固定化すると、過熱の正帰還ループが形成されることになる。 In (Formula D), the first term increases corresponding to the increase of the loss resistance r, the second term decreases corresponding to the increase of the loss resistance r, and the third term is a fixed value. Therefore, the power consumption P [J] increases as the loss resistance r shown on the horizontal axis increases as shown in FIG. Therefore, when the loss resistance r of the primary coil L1 increases due to the heat generation of the ignition coil CL, the heat generation of the primary coil L1 is accelerated by the increased power consumption P [J]. If the current threshold value TH1 (= target current I 0 ) is fixed, an overheated positive feedback loop is formed.

そこで、先に説明した通り、所定の基準電流ＩＳを設定し、その基準電流ＩＳに達するまでの通電時間ＴＳを把握し、各点火サイクルにおける一回目の点火パルスの通電時間ＴＳが、通電閾値ＴＴＨを超えるか否かによって、点火コイルＣＬが過熱状態か否かを判定している。そして、通電時間ＴＳが通電閾値ＴＴＨを超える過熱状態では、多重点火動作における二回目以降の点火パルスの個数やパルス幅を減少させる。なお、このような抑制動作によって過熱状態が解消されると、再び、初期設定通りの多重点火動作を再開する。 Therefore, as described above, it sets a predetermined reference current I S, grasp the energization time T S to reach the reference current I S, is energized time T S of the first-time ignition pulses in each ignition cycle Whether or not the ignition coil CL is in an overheated state is determined based on whether or not the energization threshold value TTH is exceeded. The energization time T S is in the overheated state exceeding the current threshold value T TH, reduces the number and pulse width of the ignition pulse of second or later in the multiple ignition operation. Note that, when the overheat state is eliminated by such a suppression operation, the multiple ignition operation as initially set is resumed.

このように、本実施形態では、点火コイルＣＬが異常に発熱した場合には、多重点火動作を抑制するので、それ以上の発熱を防止することができ、無駄な電力消費や点火プラグＰＧの劣化を抑制できる。なお、（式Ｂ）や（式Ｄ）から確認される通り、点火コイルＣＬが過熱されて損失抵抗ｒが増加すると、目標電流Ｉ０に至るまでの通電時間Ｔが増加し（図５参照）、消費電力も増加するので（図６参照）、この状態が継続すると、点火コイルＣＬが焼損するおそれがある。 As described above, in the present embodiment, when the ignition coil CL generates heat abnormally, the multiple ignition operation is suppressed, so that further heat generation can be prevented, and wasteful power consumption and the ignition plug PG can be prevented. Deterioration can be suppressed. Incidentally, (Equation B) and as is seen from equation (D), the loss resistance r ignition coil CL is overheated increases, energization time T up to the target current I 0 is increased (see FIG. 5) Since the power consumption also increases (see FIG. 6), if this state continues, the ignition coil CL may burn out.

以上、ワンチップマイコンＭＣの動作内容を詳細に説明したが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。例えば、前記したプラグ劣化判定では、経過時間ＴＭを常時チェックして経過基準時Δｔｓに達するのを待機したが、これに代えて、二次電流ｉ２を常時チェックして、これが電流判定値Ｉ２ｐ−ΔＩ２に達するのを待機しても良いのは勿論である。 The operation contents of the one-chip microcomputer MC have been described in detail above, but the specific description contents do not particularly limit the present invention. For example, the plug deterioration determination described above, has been waiting to reach the course reference time Delta] t s by checking the elapsed time TM at all times, instead of this, by checking the secondary current i2 always this current determination value I Of course, it may wait until 2p− ΔI 2 is reached.

同様に、過熱判定においても、一次コイルＬ１の通電時間ＴＳを常時チェックして、これが通電閾値ＴＴＨに達するのを待機し、このタイミングの一次電流ｉ１に基づいて過熱判定しても良い。 Similarly, in the overheat determination, constantly checks the energization time T S of the primary coil L1, which waits for reaching the current threshold value T TH, it may be determined overheated based on the primary current i1 of the timing.

以上の通り、本実施形態では、ＥＣＵとは別に設けられたワンチップマイコンによって、複雑高度な燃焼制御が実行される。しかし、本発明の点火コイルは、閉磁路を形成する磁性体にコイル巻線を設けて形成され、一次コイルのコイル巻線は、一次コイルを含む一次回路に最大電流を流した状態でも、磁性体を磁気飽和させないコイル巻数に設定されているので、点火コイルは、必要最小限のスペースしか占有しない。したがって、ワンチップマイコンが誤動作することなく、複雑高度な制御動作を実現できる配置スペースを確保することができる。   As described above, in this embodiment, complicated and advanced combustion control is executed by a one-chip microcomputer provided separately from the ECU. However, the ignition coil of the present invention is formed by providing a coil winding on a magnetic material forming a closed magnetic circuit, and the coil winding of the primary coil is magnetic even when a maximum current is passed through the primary circuit including the primary coil. Since it is set to the number of coil turns that does not magnetically saturate the body, the ignition coil occupies the minimum necessary space. Therefore, it is possible to secure an arrangement space capable of realizing a complex and advanced control operation without causing the one-chip microcomputer to malfunction.

点火プラグの劣化判定の原理を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating the principle of deterioration determination of an ignition plug. 実施形態に係る点火装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the ignition device which concerns on embodiment. 図２のワンチップマイコンの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the one-chip microcomputer of FIG. 図３の一部を詳細に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a part of FIG. 3 in detail. 点火コイルの一次電流の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the primary current of an ignition coil. 点火コイルの発熱によって損失電力が増加することを示す図面である。6 is a diagram showing that power loss increases due to heat generated by an ignition coil. 点火コイルの一次電流の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the primary current of an ignition coil. Ｂ−Ｈ特性曲線を例示したものである。It illustrates a BH characteristic curve.

符号の説明Explanation of symbols

Ｌ１ 一次コイル
Ｌ２ 二次コイル
ＣＬ 点火コイル
ＰＧ 点火プラグ
ＩＧＮ 点火制御回路

L1 Primary coil L2 Secondary coil CL Ignition coil PG Ignition plug IGN Ignition control circuit

Claims (9)

一次コイルと二次コイルとが電磁結合された点火コイルと、前記一次コイルの電流を制御する点火制御回路とが一体化され、前記二次コイルに接続された点火プラグを多重点火可能な点火装置であって、
前記一次コイル及び前記二次コイルは、閉磁路を形成する磁性体に各コイル巻線を設けて形成され、前記点火プラグとの連通路を形成するプラグホールから露出する位置に配置され、
前記一次コイルのコイル巻線は、一次コイルを含む一次回路に最大電流を流した状態でも、前記磁性体を磁気飽和させないコイル巻数に設定されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled and an ignition control circuit for controlling the current of the primary coil are integrated, and an ignition plug that can ignite multiple spark plugs connected to the secondary coil A device,
The primary coil and the secondary coil are formed by providing each coil winding on a magnetic body that forms a closed magnetic circuit, and are arranged at positions exposed from a plug hole that forms a communication path with the spark plug,
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the coil winding of the primary coil is set to a number of coil turns that does not magnetically saturate the magnetic body even when a maximum current flows through a primary circuit including the primary coil. 前記点火制御回路は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)から点火パルスを受けて、前記一次コイルをＯＮ／ＯＦＦ制御するコンピュータ回路を有して構成されている請求項１に記載の点火装置。   2. The ignition device according to claim 1, wherein the ignition control circuit includes a computer circuit that receives an ignition pulse from an ECU (Electronic Control Unit) and controls ON / OFF of the primary coil. 前記コンピュータ回路は、前記ＥＣＵから、一点火サイクル中に、第１と第２の点火パルスを受けて多重点火動作を実行している請求項２に記載の点火装置。   3. The ignition device according to claim 2, wherein the computer circuit receives the first and second ignition pulses from the ECU and performs a multiple ignition operation during one ignition cycle. 前記第１の点火パルスは、一点火サイクル中における、前記一次コイルの一回目のＯＮ動作時間を規定している請求項３に記載の点火装置。   The ignition device according to claim 3, wherein the first ignition pulse defines a first ON operation time of the primary coil during one ignition cycle. 前記第２の点火パルスは、一点火サイクル中における、二回目以降の多重点火動作の許容区間を規定している請求項３又は４に記載の点火装置。   5. The ignition device according to claim 3, wherein the second ignition pulse defines an allowable interval for the second and subsequent multiple ignition operations in one ignition cycle. 前記一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路を更に設け、
前記コンピュータ回路は、前記一次電流検出回路の検出値に基づいて、点火コイルの過熱状態を把握している請求項１〜５の何れかに記載の点火装置。 A primary current detection circuit for detecting a current of the primary coil;
The ignition device according to any one of claims 1 to 5, wherein the computer circuit grasps an overheated state of the ignition coil based on a detection value of the primary current detection circuit. 前記二次コイルの電流を検出する二次電流検出回路を更に設け、
前記コンピュータ回路は、前記二次電流検出回路の検出値に基づいて、点火プラグの劣化状態を判定している請求項１〜６の何れかに記載の点火装置。 A secondary current detection circuit for detecting a current of the secondary coil;
The ignition device according to any one of claims 1 to 6, wherein the computer circuit determines a deterioration state of the spark plug based on a detection value of the secondary current detection circuit. 前記一次コイルの電流を検出する一次電流検出回路と、
前記二次コイルの電流を検出する二次電流検出回路と、を更に設け、
前記コンピュータ回路は、前記一次電流検出回路と前記二次電流検出回路の各検出値に基づいて、自ら多重点火動作を制御している請求項１〜５の何れかに記載の点火装置。 A primary current detection circuit for detecting a current of the primary coil;
A secondary current detection circuit for detecting a current of the secondary coil, and
The ignition device according to any one of claims 1 to 5, wherein the computer circuit controls a multiple ignition operation by itself based on detection values of the primary current detection circuit and the secondary current detection circuit. 前記一次コイルの自己インダクタンスは、前記一次コイルの電流が、電流ゼロから開始して、上限値の８０％に達するまでの経過時間が、１．０ｍＳ以下になるよう設定されている請求項１〜８の何れかに記載の点火装置。   The self-inductance of the primary coil is set such that an elapsed time from when the current of the primary coil starts from zero current to 80% of the upper limit value is 1.0 mS or less. The ignition device according to any one of 8.
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