JP5610457B1 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

容量放電式の点火回路によって発生させた放電火花を、適当な放電時間となるように重ね放電によって維持する内燃機関用点火装置を提供する。重ね時間制御部１１は、外部からの点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を動作させ、点火信号が示すタイミングで容量放電回路１２から放電電流を１次側コイル２２へ出力させて２次側コイル２３に接続された点火プラグ５に放電火花を発生させ、倍電圧回路２０が生成した直流高電圧を２次側コイル２３へ出力させて、容量放電回路１２の放電電流によって発生した高電圧に重畳し、点火プラグ５に発生した放電火花を維持させる。Provided is an internal combustion engine ignition device that maintains a discharge spark generated by a capacitive discharge type ignition circuit by repeated discharge so as to have an appropriate discharge time. The overlap time control unit 11 operates the DC-AC booster circuit 10 according to the ignition signal from the outside, and outputs the discharge current from the capacity discharge circuit 12 to the primary coil 22 at the timing indicated by the ignition signal. The spark plug 5 connected to the side coil 23 generates a discharge spark, the DC high voltage generated by the voltage doubler circuit 20 is output to the secondary side coil 23, and the high voltage generated by the discharge current of the capacitive discharge circuit 12 And the discharge spark generated in the spark plug 5 is maintained.

Description

本発明は、自動車などに搭載する内燃機関の点火装置であって、容量放電に重ね放電を行う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 mounted on an automobile or the like, and relates to an ignition device for an internal combustion engine that performs a superposed discharge on a capacity discharge.

自動車などの車両に搭載される内燃機関には、バッテリ等の電源電圧が降下した場合でも一定の高電圧を発生させる容量放電式の点火装置を用いたものがある。この容量放電式点火装置は、電源から他の負荷へ大きな電流が供給される場合でも確実に高電圧を発生させることができ、また、内燃機関を高回転で運転する場合には、電流遮断式の点火装置に比べて遅延することなく、安定した放電火花を発生させることができるため、特に高回転型の内燃機関に用いられることが多い。
しかしながら、容量放電式の点火装置は、火花放電を発生させている時間が電流遮断式に比べて短く、キャパシタの容量や点火コイルの特性などを調整しても放電時間を理想的な程度まで延長することが難しい。
昨今の自動車などに用いられる内燃機関は、燃費改善のためにリーンバーンによる運転や、排気ガス浄化のために高ＥＧＲによる運転を行うことが多くなっており、これらの運転においては混合気の着火性が良好ではないため高エネルギの点火装置を備えることが必要になっている。
上記のように着火性が良好ではない混合気を燃焼させるため、容量放電によって高エネルギの放電火花を発生させておき、さらに自励サイリスタ直列インバータ回路によって点火コイルに１次電流を供給して放電火花の発生時間を延長する点火装置がある（例えば、特許文献１参照）。
この点火装置は、点火コイルに複数の１次巻線を備え、それぞれの１次巻線に自励サイリスタ直列インバータ回路と容量放電回路を接続しておき、容量放電回路が発生した電圧と自励サイリスタ直列インバータ回路が発生した電圧とを上記の１次巻線に出力して点火コイルの２次巻線に高電圧を発生させ、重ね放電を点火プラグに行わせている。
詳しくは、上記の容量放電回路は、キャパシタの放電電流を点火コイルの１次巻線へ出力することによって２次巻線に数［ｋＶ］の高電圧を発生させ、当該高電圧を点火プラグへ供給する。このとき点火プラグの放電電極間において絶縁破壊が発生し、即ち放電火花の発生によって放電電流が流れる。また、上記の放電電流が流れ始めると、自励サイリスタ直列インバータ回路は、励振動作によって発生した電流を上記の１次巻線へ出力し、２次巻線に５００［Ｖ］程度の高電圧を発生させて点火プラグへ供給する。このように各高電圧を点火プラグへ供給して重ね放電を行い、放電火花を一定時間維持させている。
このような重ね放電を行うことにより、点火プラグに比較的長い時間に亙って放電エネルギを供給することができるため、内燃機関の燃焼室に吸気された混合気への着火性が向上し、また燃焼効率が高まることにより内燃機関が稼動する際の燃費も向上する。Some internal combustion engines mounted on vehicles such as automobiles use a capacity discharge type ignition device that generates a constant high voltage even when the power supply voltage of a battery or the like drops. This capacity discharge type ignition device can reliably generate a high voltage even when a large current is supplied from a power source to another load. Also, when operating an internal combustion engine at a high speed, a current interruption type Since it is possible to generate a stable discharge spark without delay as compared with the ignition device of this type, it is often used particularly in a high-rotation internal combustion engine.
However, the capacity discharge type ignition device has a shorter spark discharge time compared to the current interruption type, and the discharge time can be extended to an ideal level even if the capacitor capacity and ignition coil characteristics are adjusted. Difficult to do.
In recent years, internal combustion engines used in automobiles are often operated by lean burn for improving fuel efficiency and by high EGR for exhaust gas purification. In these operations, the mixture is ignited. Therefore, it is necessary to provide a high-energy ignition device.
In order to burn an air-fuel mixture with poor ignitability as described above, a high-energy discharge spark is generated by capacitive discharge, and further, a primary current is supplied to the ignition coil by a self-excited thyristor series inverter circuit and discharged. There is an ignition device that extends a spark generation time (see, for example, Patent Document 1).
In this ignition device, a plurality of primary windings are provided in an ignition coil, and a self-excited thyristor series inverter circuit and a capacity discharge circuit are connected to each primary winding so that the voltage generated by the capacity discharge circuit and the self-excitation The voltage generated by the thyristor series inverter circuit is output to the above-described primary winding to generate a high voltage in the secondary winding of the ignition coil, and the overdischarge is performed on the spark plug.
Specifically, the capacitive discharge circuit generates a high voltage of several [kV] in the secondary winding by outputting the discharge current of the capacitor to the primary winding of the ignition coil, and the high voltage is supplied to the ignition plug. Supply. At this time, dielectric breakdown occurs between the discharge electrodes of the spark plug, that is, a discharge current flows due to the occurrence of a discharge spark. When the discharge current starts to flow, the self-excited thyristor series inverter circuit outputs the current generated by the excitation operation to the primary winding, and applies a high voltage of about 500 [V] to the secondary winding. Generate and supply to spark plug. In this way, each high voltage is supplied to the spark plug to perform overlapping discharge, and the discharge spark is maintained for a certain time.
By performing such overlapping discharge, discharge energy can be supplied to the spark plug for a relatively long time, so that the ignitability to the air-fuel mixture taken into the combustion chamber of the internal combustion engine is improved, Further, the fuel efficiency when the internal combustion engine is operated is improved by increasing the combustion efficiency.

特開２０１１−７４９０６号公報JP 2011-74906 A

従来の内燃機関用点火装置は、容量放電回路と自励サイリスタ直列インバータ回路を点火コイルの１次巻線に接続しているので、放電火花を発生させる高電圧、ならびに放電火花を維持する高電圧は、いずれも点火コイルの２次巻線において発生させている。上記のような回路構成では、放電火花を維持するための高電圧を一定時間発生し続けるためには１次巻線に流れる電流方向を反転させる必要がある。そのため、前述のように自励サイリスタ直列インバータ回路から交流電圧が１次巻線に印加されている。このことから、２次巻線に発生する高電圧は所定の周期で極性が反転し、点火プラグに流れる放電電流は流れる方向が反転を繰り返すものになる。そのため、上記の高電圧によって維持されている放電火花は、厳密には火花強度が変化していることから、燃焼室内の混合気流動が強い状態などにおいて失火を起こす可能性があるという問題点があった。
また、自励サイリスタ直列インバータ回路の出力電圧によって十分な大きさの高電圧を発生させるためには、相当な大きさの点火コイルが必要になり、点火装置の小型化を図ることが困難になるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、容量放電式の点火回路によって発生させた放電火花を、適当な放電時間となるように重ね放電によって維持する内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。Since the conventional ignition device for an internal combustion engine has a capacity discharge circuit and a self-excited thyristor series inverter circuit connected to the primary winding of the ignition coil, a high voltage that generates a discharge spark and a high voltage that maintains the discharge spark Are generated in the secondary winding of the ignition coil. In the circuit configuration as described above, it is necessary to reverse the direction of the current flowing in the primary winding in order to continuously generate a high voltage for maintaining the discharge spark for a certain period of time. Therefore, as described above, an AC voltage is applied to the primary winding from the self-excited thyristor series inverter circuit. For this reason, the polarity of the high voltage generated in the secondary winding is reversed at a predetermined cycle, and the direction of the discharge current flowing through the spark plug is repeatedly reversed. For this reason, the discharge spark maintained by the high voltage has a problem that it may cause a misfire in a state where the air-fuel mixture flow in the combustion chamber is strong because the spark intensity changes strictly. there were.
Further, in order to generate a sufficiently high voltage by the output voltage of the self-excited thyristor series inverter circuit, a considerably large ignition coil is required, and it is difficult to reduce the size of the ignition device. There was a problem.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an ignition for an internal combustion engine in which a discharge spark generated by a capacitive discharge type ignition circuit is maintained by repeated discharge so as to have an appropriate discharge time. An object is to provide an apparatus.

この発明に係る内燃機関用点火装置は、１次側コイルに流れた電流により２次側コイルに高電圧を発生する点火コイルと、バッテリ電圧を所定電圧に昇圧する第１昇圧回路と、前記第１昇圧回路の出力電圧によって充電したキャパシタから放電電流を前記１次側コイルに出力する容量放電回路と、前記第１昇圧回路の出力電圧から点火プラグの放電火花を維持する直流高電圧を生成する第２昇圧回路と、前記第１昇圧回路、第２昇圧回路、および、前記容量放電回路を制御する制御部とを備え、前記制御部は、外部からの点火信号に応じて前記第１昇圧回路を動作させ、前記点火信号が示すタイミングで前記容量放電回路から放電電流を出力させて前記２次側コイルに接続された点火プラグに放電火花を発生させ、前記第２昇圧回路が生成した直流高電圧を前記２次側コイルへ出力させて前記容量放電回路からの放電電流によって発生した高電圧に重畳し、前記点火プラグに発生した放電火花を維持させることを特徴とする。
また、前記容量放電回路の放電電流によって前記２次側コイルに発生する主放電パルス電圧の極性と、前記第２昇圧回路から前記２次側コイルへ出力される直流高電圧の極性が同一であることを特徴とする。
また、燃焼室内に生じるイオン電流を検出し、前記制御部が燃焼状態を認識して前記第１昇圧回路、容量放電回路、および、第２昇圧回路の動作による重ね放電を制御するときに用いるイオン電流検出信号を生成するイオン電流検出部を備えることを特徴とする。
また、前記容量放電回路および前記第２昇圧回路の各動作によって前記２次側コイルから点火プラグへ出力される高電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記イオン電流が流れる経路を成すイオン電流経路抵抗とを備え、前記イオン電流検出部は、前記点火プラグへの高電圧出力が終了した後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出することを特徴とする。An ignition device for an internal combustion engine according to the present invention includes an ignition coil that generates a high voltage in a secondary coil by a current flowing in a primary coil, a first boost circuit that boosts a battery voltage to a predetermined voltage, A capacitor discharge circuit that outputs a discharge current from the capacitor charged by the output voltage of one booster circuit to the primary coil, and a DC high voltage that maintains the discharge spark of the spark plug from the output voltage of the first booster circuit are generated. A second booster circuit; and a controller that controls the first booster circuit, the second booster circuit, and the capacitive discharge circuit, wherein the controller is configured to control the first booster circuit according to an ignition signal from the outside. And a discharge current is output from the capacitive discharge circuit at a timing indicated by the ignition signal to generate a discharge spark in a spark plug connected to the secondary coil, and the second booster circuit generates The high DC voltage is outputted to the secondary side coil superimposed on the high voltage generated by the discharge current from the capacitive discharge circuit, characterized in that to maintain the discharge sparks generated in the ignition plug.
The polarity of the main discharge pulse voltage generated in the secondary coil by the discharge current of the capacitive discharge circuit is the same as the polarity of the DC high voltage output from the second booster circuit to the secondary coil. It is characterized by that.
Further, the ion current generated in the combustion chamber is detected, and the controller is used to recognize the combustion state and control the overlap discharge due to the operation of the first booster circuit, the capacity discharge circuit, and the second booster circuit. An ion current detection unit that generates a current detection signal is provided.
A high-voltage diode that limits a polarity of a high voltage that is output from the secondary coil to the spark plug by each operation of the capacitive discharge circuit and the second booster circuit; An ion current path resistance that forms a path through which the ion current flows, and the ion current detection unit is configured to determine a voltage output from the secondary coil and the booster circuit after the high voltage output to the ignition plug is completed. An ionic current detection voltage having a reverse polarity is applied to the spark plug via the ionic current path resistance and the secondary coil to detect the ionic current.

この発明によれば、高エネルギの放電火花に直流高電圧を重畳するようにしたので、着火性が高くない混合気を高い効率で燃焼させることができる。
また、イオン電流を検出して点火動作を制御するようにしたので、実際の燃焼状態に応じた火花放電を行って燃焼効率を安定させることができる。According to the present invention, the direct current high voltage is superimposed on the high-energy discharge spark, so that the air-fuel mixture that does not have high ignitability can be combusted with high efficiency.
In addition, since the ignition operation is controlled by detecting the ionic current, it is possible to stabilize the combustion efficiency by performing a spark discharge according to the actual combustion state.

図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。
図２は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG.

以下、この発明の実施の一形態を説明する。   An embodiment of the present invention will be described below.

図１は、この発明の実施例１による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。図１の内燃機関用点火装置１は、点火装置本体２および点火コイルユニット３によって構成されている。点火装置本体２には、例えば１２［Ｖ］の直流電圧を供給するバッテリ４が接続されており、点火コイルユニット３には点火プラグ５が接続されている。
点火装置本体２は、バッテリ４から供給される直流電力を入力するＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０、図示を省略したＥＣＵ（エンジン制御ユニット）から出力される点火信号を入力する重ね時間制御部１１、点火コイルユニット３へ電流を出力する容量放電回路１２を備えている。
上記の点火信号は、ＥＣＵが生成する制御信号であり、内燃機関の燃焼行程における点火タイミングや火花放電を行う期間長さ等を示すものである。
点火コイルユニット３は、倍電圧回路２０および点火コイル２１を備えている。また、点火コイルユニット３は、図示を省略したプラグキャップを備えて一体構成されており、内燃機関の本体、例えばヘッドカバー等に設置すると、シリンダヘッド等に固定されている点火プラグ５の頭部電極へ上記のプラグキャップが接続するように形成されている。
上記のプラグキャップは、絶縁素材によって構成されており、その内部には点火コイル２１の２次側コイル２３が発生した放電電圧を伝導する導電部材が配置固定されている。また、前述のヘッドカバー等に設置された状態で導電部材が点火プラグ５の頭部電極に接続するように形成されている。
ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、昇圧トランス３０を備え、例えば、昇圧トランス３０の１次側巻線の中間タップにバッテリ４の高電位側（プラス側）電極を接続している。昇圧トランス３０の１次側巻線には、スイッチトランジスタ３１，３２が接続され、図示を省略したインバータ回路が構成されている。
例えば、スイッチトランジスタ３１，３２としてＭＯＳＦＥＴを用いた場合、昇圧トランス３０の１次側巻線の両端には、スイッチトランジスタ３１，３２の各ドレインが接続される。スイッチトランジスタ３１，３２の各ソースはグランド（以下、ＧＮＤと記載する）に接続され、即ち、バッテリ４の低電位側（マイナス側）電極へ接続されている。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、スイッチトランジスタ３１、３２の各ゲートに、重ね時間制御部１１からの制御信号に応じてｏｎ・ｏｆｆ状態を交互に繰り返す制御電圧が入力され、昇圧トランス３０の２次側巻線に所定の周波数の交流電圧が発生するように回路構成されている。
重ね時間制御部１１は、前述の点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０のスイッチトランジスタ３１，３２の各スイッチ動作を制御するように回路構成されている。
また、重ね時間制御部１１は、例えばフォトカプラ３３を備えており、前述の点火信号が有意を示したとき、フォトカプラ３３の発光ダイオードを動作させて、フォトカプラ３３のフォトトランジスタが接続されている容量放電回路１２を稼動させるように回路構成されている。
容量放電回路１２は、ダイオード３４、点火用キャパシタ３５、サイリスタ３６、ならびに回路各部の電圧や電流等を調整する複数の抵抗などによって構成されており、入力側に昇圧トランス３０の２次側巻線が接続されている。
ダイオード３４は、アノードを昇圧トランス３０の２次側巻線の一端に接続し、カソードを抵抗３７を介して点火用キャパシタ３５の一端に接続している。また、上記の点火用キャパシタ３５の一端には、サイリスタ３６のアノードが接続されている。
点火用キャパシタ３５の他端は、点火装置本体２と点火コイルユニット３を接続する配線ケーブル等によって点火コイル２１に接続され、詳しくは点火コイル２１の１次側コイル２２の一端に接続されている。１次側コイル２２の他端は、点火装置本体２と点火コイルユニット３を接続する配線ケーブル等によって点火装置本体２に備えられたサイリスタ３６のカソードならびに昇圧トランス３０の２次側巻線の他端などに接続されている。また、これらの接続点はＧＮＤ接続されている。
サイリスタ３６のゲートは、例えば抵抗器を介してフォトカプラ３３を構成するフォトトランジスタのエミッタに接続されており、例えば複数の抵抗器によって生成された制御用電流（制御信号）を、フォトカプラ３３のフォトトランジスタを介して入力するように回路接続されている。
点火プラグユニット３の倍電圧回路２０は、例えばそれぞれ６個のキャパシタおよびダイオードを用いて、交流の入力電圧を整流しながら６倍の直流電圧に昇圧する多段倍電圧整流回路であり、点火コイル２１の２次側コイル２３へ極性がマイナスの高電圧を印加するように回路接続されている。具体的には、倍電圧回路２０の出力点、即ち上記のマイナスの高電圧を出力する部分は、２次側コイル２３の一端に接続されている。
また、倍電圧回路２０は、点火装置本体２と点火プラグユニット３とを接続する配線ケーブル等によって昇圧トランス３０の２次側巻線に接続されている。詳しくは、倍電圧回路２０の第１入力点は、昇圧トランス３０の２次側巻線の一端とダイオード３４のアノードとの接続点に接続されている。また、倍電圧回路２０の第２入力点は、昇圧トランス３０の２次側巻線の他端（ＧＮＤ接続側）に接続されている。
また、倍電圧回路２０の出力点と２次側コイル２３の一端との接続点には、高圧ダイオード４０のアノードが接続されている。高圧ダイオード４０のカソードは、倍電圧回路２０の第２入力点（倍電圧回路２０のＧＮＤレベル部分）に接続されている。点火コイル２１の２次側コイル２３の他端は、点火プラグ５の頭部電極へ接続されている。
高圧ダイオード４０は、点火コイル２１の２次側コイル２３に流れる電流の方向を規制し、２次側コイル２３から点火プラグ６０へ印加される放電電圧の極性を制限している。
この、高圧ダイオード４０は、２次側コイル２３に発生する高電圧ならびに倍電圧回路２０が生成する高電圧に対応する高耐圧の構成を有している。
次に、動作について説明する。
内燃機関用点火装置１の重ね時間制御部１１は、外部から入力した点火信号が有意を示したとき、例えばｏｆｆを示すローレベルからｏｎを示すハイレベルに遷移したときにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を起動し、交流電圧の出力を開始させる。詳しくは、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０のスイッチトランジスタ３１，３２を交互にｏｎ・ｏｆｆさせて、昇圧トランス３０の２次側巻線に、例えば高耐圧や漏電対策が必要とならない程度に昇圧された交流電圧を発生させる。具体的には、バッテリ４から供給された直流電圧ＶＢ＋を例えば周波数が３０［ｋＨｚ］で５００［Ｖ］の交流電圧に昇圧して容量放電回路１２へ出力する。なお、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力される電圧は、５００［Ｖ］程度であることから当該ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点に接続する、即ち点火装置本体２と点火コイルユニット３とを接続する各配線ケーブルには、高耐圧ケーブルに比べて低コストのものを使用することが可能である。また、これらの配線ケーブルは、漏電対策などを考慮することなく設置することが可能である。
容量放電回路１２は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から入力した５００［Ｖ］の交流電圧をダイオード３４によって整流し、また抵抗３７などによって電流値を適当に制限し、また所望の充電電圧となるように調整して点火用キャパシタ３５に電荷を充電する。このとき、サイリスタ３６は遮断状態に制御されている。なお、上記の充電は、点火用キャパシタ３５の両端電圧が点火コイル２１の性能に対応した電圧となるように充電すれば良く、点火コイル２１が一般的な性能を有する場合には、例えば点火用キャパシタ３５の両端電圧が２００〜５００［Ｖ］程度となるように充電する。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０は、生成した５００［Ｖ］の交流電圧を、前述の配線ケーブル等を介して点火プラグユニット３へ供給し、倍電圧回路２０の２つの入力点間へ入力する。
倍電圧回路２０は、前述のようにマイナス極性の高電圧を生成するように回路構成されており、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から出力された５００［Ｖ］の交流電圧を、当該倍電圧回路２０を構成する各ダイオードで整流するとともにそれぞれのキャパシタに電荷を蓄積し、例えば６倍に昇圧して出力点に−３［ｋＶ］の直流高電圧を発生させる。
重ね時間制御部１１は、前述の点火信号が示すタイミングで点火プラグ５に放電火花が発生するように、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させて点火用キャパシタ３５の充電を完了させると、フォトカプラ３３の発光ダイオードを発光させ、当該フォトカプラ３３のフォトトランジスタを導通状態に制御する。
容量放電回路１２に回路接続されているフォトカプラ３３のフォトトランジスタが導通することにより、サイリスタ３６のゲートに前述の制御信号が入力され、当該サイリスタ３６が導通状態になる。サイリスタ３６が導通することによって点火用キャパシタ３５から電荷が放電され、前述の配線ケーブルを介して点火コイルユニット３へ点火用キャパシタ３５から放電電流が流れる。
詳しくは、点火コイル２１の１次側コイル２２に点火用キャパシタ３５からの放電電流が流れ、２次側コイル２３に例えば−３［ｋＶ］の高電圧が誘起されて点火プラグ５に放電火花が発生する。
この放電火花が発生するころには、倍電圧回路２０を構成する各キャパシタに電荷が蓄積され、当該倍電圧回路２０から例えば−３［ｋＶ］の高電圧が２次側コイル２３を介して点火プラグ５へ印加される。
なお、点火用キャパシタ３５の放電電流によって２次側コイル２３に誘起する高電圧、詳しくは最大電圧となる部分（主放電パルス電圧）と、倍電圧回路２０から出力される直流高電圧は、いずれもＧＮＤに対してマイナス電圧となる同一極性を有しており、これらの高電圧が重畳されたとき点火プラグ５には同一方向に放電電流が流れる。
また、上記の点火プラグ５に流れる放電電流は、高圧ダイオード４０の順方向に流れ、当該高圧ダイオード４０を介して点火装置本体２へ、詳しくはＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
このようにして、容量放電回路１２からの放電電流によって発生した主放電パルス電圧に、倍電圧回路２０からの直流高電圧を重畳し、点火プラグ５に重ね放電を行わせて放電火花の発生時間を延長する。
燃焼室内の混合気は、概ね１．４［ｋＶ］の高電圧を点火プラグ５へ供給すると点火（燃焼）が安定するため、倍電圧回路２０は、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力電圧を用いて（−）１．４［ｋＶ］以上の高電圧を発生するように構成されている。
また、燃焼室内において混合気の流動が高い場合やＥＧＲを高く作用させたとき、失火することなく確実に放電火花を維持するためには、点火コイル２１が発生する高電圧と同様な電圧を倍電圧回路２０から供給することが好ましい。そのため、ここで例示したＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０および倍電圧回路２０においては、容量放電回路１２によって点火コイル２１から出力される高電圧（−）３［ｋＶ］と同様な高電圧を発生させている。
重ね時間制御部１１は、例えば、入力した点火信号が有意を示している期間中においてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させ、倍電圧回路２０から高電圧を出力させる。即ち、点火信号がｏｎを示している間、点火プラグ５に発生した放電火花を維持し、点火信号がｏｎからｏｆｆへ遷移するとＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力動作を停止させ、点火プラグ５の放電火花を消し去る。
以上のように、実施例１によれば、容量放電回路１２によって点火コイル２１の１次側コイル２２に高電圧を印加して２次側コイルに高電圧を発生させ、この高電圧によって点火プラグ５に放電火花を発生させ、倍電圧回路２０が生成した直流の高電圧を２次側コイル２３に供給して点火プラグ５に発生した放電火花を維持するようにしたので、短時間に高エネルギの放電火花を発生させた後、この放電火花を適当な期間維持することができ、混合気へ確実に点火して燃焼を進行させることが可能になる。
また、希薄な混合気や高ＥＧＲによる混合気についても失火を防いで燃焼させることが可能になることから、燃費の向上や排気ガスの浄化を図ることができる。
また、燃焼室内の混合気の流動が高い場合でも点火プラグ５の放電火花を維持して失火することなく混合気を燃焼させることができる。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０によって昇圧した電圧を容量放電回路１２へ入力し、この昇圧した電圧によって点火用キャパシタ３５に蓄積させた電荷を１次側コイル２２へ放電し、また倍電圧回路２０が生成した高電圧を２次側コイル２３へ供給するようにしたので、１次側コイル２２等を小さく構成することが可能になり、点火コイル２１の小型化を図ることができる。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 1 of the present invention. The internal combustion engine ignition device 1 in FIG. 1 includes an ignition device body 2 and an ignition coil unit 3. A battery 4 for supplying a DC voltage of, for example, 12 [V] is connected to the ignition device body 2, and a spark plug 5 is connected to the ignition coil unit 3.
The ignition device main body 2 includes a DC-AC booster circuit 10 for inputting DC power supplied from the battery 4, an overlapping time control unit 11 for inputting an ignition signal output from an ECU (engine control unit) (not shown), ignition A capacitive discharge circuit 12 that outputs current to the coil unit 3 is provided.
The ignition signal is a control signal generated by the ECU, and indicates the ignition timing in the combustion stroke of the internal combustion engine, the length of the period during which spark discharge is performed, and the like.
The ignition coil unit 3 includes a voltage doubler circuit 20 and an ignition coil 21. The ignition coil unit 3 includes a plug cap (not shown) and is integrally configured. When the ignition coil unit 3 is installed in a main body of an internal combustion engine, for example, a head cover, the head electrode of the ignition plug 5 fixed to the cylinder head or the like. The plug cap is formed so as to be connected.
The plug cap is made of an insulating material, and a conductive member that conducts a discharge voltage generated by the secondary coil 23 of the ignition coil 21 is disposed and fixed therein. Further, the conductive member is formed so as to be connected to the head electrode of the spark plug 5 in a state of being installed on the head cover or the like.
The DC-AC step-up circuit 10 includes a step-up transformer 30. For example, the high potential side (plus side) electrode of the battery 4 is connected to the intermediate tap of the primary side winding of the step-up transformer 30. Switch transistors 31 and 32 are connected to the primary side winding of the step-up transformer 30 to constitute an inverter circuit (not shown).
For example, when MOSFETs are used as the switch transistors 31 and 32, the drains of the switch transistors 31 and 32 are connected to both ends of the primary winding of the step-up transformer 30. Each source of the switch transistors 31 and 32 is connected to the ground (hereinafter referred to as GND), that is, connected to the low potential side (minus side) electrode of the battery 4.
In the DC-AC booster circuit 10, a control voltage that alternately repeats an on / off state in accordance with a control signal from the overlap time control unit 11 is input to each gate of the switch transistors 31 and 32, The circuit configuration is such that an AC voltage having a predetermined frequency is generated in the secondary winding.
The overlap time control unit 11 is configured to control each switch operation of the switch transistors 31 and 32 of the DC-AC booster circuit 10 in accordance with the ignition signal described above.
In addition, the overlap time control unit 11 includes, for example, a photocoupler 33. When the above ignition signal shows significance, the light emitting diode of the photocoupler 33 is operated and the phototransistor of the photocoupler 33 is connected. The circuit is configured to operate the capacity discharge circuit 12.
The capacitive discharge circuit 12 includes a diode 34, an ignition capacitor 35, a thyristor 36, and a plurality of resistors that adjust the voltage and current of each part of the circuit, and the secondary winding of the step-up transformer 30 on the input side. Is connected.
The diode 34 has an anode connected to one end of the secondary winding of the step-up transformer 30 and a cathode connected to one end of the ignition capacitor 35 via a resistor 37. The anode of the thyristor 36 is connected to one end of the ignition capacitor 35.
The other end of the ignition capacitor 35 is connected to the ignition coil 21 by a wiring cable or the like connecting the ignition device body 2 and the ignition coil unit 3, and more specifically, connected to one end of the primary side coil 22 of the ignition coil 21. . The other end of the primary side coil 22 is connected to the cathode of the thyristor 36 provided in the ignition device main body 2 by a wiring cable or the like connecting the ignition device main body 2 and the ignition coil unit 3, and the secondary side winding of the step-up transformer 30. It is connected to the end. These connection points are GND-connected.
The gate of the thyristor 36 is connected to the emitter of the phototransistor constituting the photocoupler 33 via, for example, a resistor. For example, a control current (control signal) generated by a plurality of resistors is supplied to the photocoupler 33. The circuit is connected to input via a phototransistor.
The voltage doubler circuit 20 of the spark plug unit 3 is a multi-stage voltage doubler rectifier circuit that boosts the AC input voltage to 6 times DC voltage using, for example, 6 capacitors and diodes. The secondary coil 23 is connected in a circuit so as to apply a high voltage having a negative polarity. Specifically, the output point of the voltage doubler circuit 20, that is, the portion that outputs the negative high voltage is connected to one end of the secondary coil 23.
The voltage doubler circuit 20 is connected to the secondary winding of the step-up transformer 30 by a wiring cable or the like that connects the ignition device body 2 and the ignition plug unit 3. Specifically, the first input point of the voltage doubler circuit 20 is connected to a connection point between one end of the secondary winding of the step-up transformer 30 and the anode of the diode 34. The second input point of the voltage doubler circuit 20 is connected to the other end (GND connection side) of the secondary winding of the step-up transformer 30.
The anode of the high-voltage diode 40 is connected to the connection point between the output point of the voltage doubler circuit 20 and one end of the secondary coil 23. The cathode of the high voltage diode 40 is connected to the second input point of the voltage doubler circuit 20 (the GND level portion of the voltage doubler circuit 20). The other end of the secondary coil 23 of the ignition coil 21 is connected to the head electrode of the spark plug 5.
The high voltage diode 40 restricts the direction of the current flowing through the secondary coil 23 of the ignition coil 21 and limits the polarity of the discharge voltage applied from the secondary coil 23 to the ignition plug 60.
The high voltage diode 40 has a high breakdown voltage configuration corresponding to the high voltage generated in the secondary coil 23 and the high voltage generated by the voltage doubler circuit 20.
Next, the operation will be described.
The overlap time control unit 11 of the internal combustion engine ignition device 1 is configured such that the DC-AC booster circuit 10 when the ignition signal input from the outside shows significance, for example, when a transition is made from a low level indicating off to a high level indicating on. To start output of AC voltage. Specifically, the switch transistors 31 and 32 of the DC-AC booster circuit 10 are alternately turned on and off, and the secondary winding of the booster transformer 30 is boosted, for example, to a level that does not require high breakdown voltage or leakage countermeasures. Generate AC voltage. Specifically, the DC voltage VB + supplied from the battery 4 is boosted to an AC voltage of 500 [V] with a frequency of 30 [kHz], for example, and output to the capacity discharge circuit 12. Since the voltage output from the DC-AC booster circuit 10 is about 500 [V], it is connected to the output point of the DC-AC booster circuit 10, that is, the ignition device body 2 and the ignition coil unit 3 are connected. As each wiring cable to be connected, it is possible to use a low-cost cable compared to a high voltage cable. In addition, these wiring cables can be installed without considering measures for leakage.
The capacitive discharge circuit 12 rectifies the AC voltage of 500 [V] input from the DC-AC booster circuit 10 by the diode 34, limits the current value appropriately by the resistor 37 or the like, and achieves a desired charging voltage. To charge the ignition capacitor 35 with a charge. At this time, the thyristor 36 is controlled to a cut-off state. The above charging may be performed so that the voltage across the ignition capacitor 35 becomes a voltage corresponding to the performance of the ignition coil 21. When the ignition coil 21 has general performance, for example, for ignition Charging is performed so that the voltage across the capacitor 35 is about 200 to 500 [V].
Further, the DC-AC booster circuit 10 supplies the generated 500 [V] AC voltage to the spark plug unit 3 via the above-described wiring cable or the like, and inputs it between two input points of the voltage doubler circuit 20. .
The voltage doubler circuit 20 is configured to generate a negative voltage high voltage as described above, and the 500 [V] AC voltage output from the DC-AC booster circuit 10 is used as the voltage doubler circuit 20. Are rectified by the respective diodes constituting the capacitor and electric charges are accumulated in the respective capacitors, and are boosted by, for example, 6 times to generate a DC high voltage of −3 [kV] at the output point.
The overlap time control unit 11 operates the DC-AC booster circuit 10 to complete the charging of the ignition capacitor 35 so that a discharge spark is generated in the spark plug 5 at the timing indicated by the ignition signal. The light emitting diode 33 is caused to emit light, and the phototransistor of the photocoupler 33 is controlled to be conductive.
When the phototransistor of the photocoupler 33 connected to the capacitive discharge circuit 12 is turned on, the control signal is input to the gate of the thyristor 36, and the thyristor 36 is turned on. When the thyristor 36 is turned on, electric charge is discharged from the ignition capacitor 35, and a discharge current flows from the ignition capacitor 35 to the ignition coil unit 3 through the above-described wiring cable.
Specifically, a discharge current from the ignition capacitor 35 flows in the primary coil 22 of the ignition coil 21, and a high voltage of, for example, −3 [kV] is induced in the secondary coil 23, so that a discharge spark is generated in the spark plug 5. Occur.
When this discharge spark occurs, electric charges are accumulated in each capacitor constituting the voltage doubler circuit 20, and a high voltage of, for example, −3 [kV] is ignited from the voltage doubler circuit 20 via the secondary coil 23. Applied to plug 5.
Note that the high voltage induced in the secondary coil 23 by the discharge current of the ignition capacitor 35, specifically, the maximum voltage portion (main discharge pulse voltage) and the DC high voltage output from the voltage doubler circuit 20, Also have the same polarity as a negative voltage with respect to GND, and when these high voltages are superimposed, a discharge current flows through the spark plug 5 in the same direction.
The discharge current flowing through the spark plug 5 flows in the forward direction of the high-voltage diode 40 and returns to the ignition device body 2 through the high-voltage diode 40, specifically to the output point of the DC-AC booster circuit 10.
In this way, the high voltage DC from the voltage doubler circuit 20 is superimposed on the main discharge pulse voltage generated by the discharge current from the capacitive discharge circuit 12, and the spark plug 5 is overdischarged to generate the discharge spark generation time. Is extended.
Since the air-fuel mixture in the combustion chamber stabilizes ignition (combustion) when a high voltage of approximately 1.4 [kV] is supplied to the spark plug 5, the voltage doubler circuit 20 uses the output voltage of the DC-AC booster circuit 10. (−) 1.4 [kV] or higher voltage is generated.
In addition, when the flow of the air-fuel mixture is high in the combustion chamber or when EGR is made to act high, a voltage similar to the high voltage generated by the ignition coil 21 is doubled in order to reliably maintain the discharge spark without misfire. Supply from the voltage circuit 20 is preferable. Therefore, in the DC-AC booster circuit 10 and the voltage doubler circuit 20 exemplified here, a high voltage similar to the high voltage (−) 3 [kV] output from the ignition coil 21 is generated by the capacitive discharge circuit 12. Yes.
For example, the overlap time control unit 11 operates the DC-AC booster circuit 10 and outputs a high voltage from the voltage doubler circuit 20 during a period when the input ignition signal is significant. That is, while the ignition signal indicates on, the discharge spark generated in the spark plug 5 is maintained, and when the ignition signal transitions from on to off, the output operation of the DC-AC booster circuit 10 is stopped, and the spark plug 5 Turn off the sparks.
As described above, according to the first embodiment, the capacitive discharge circuit 12 applies a high voltage to the primary coil 22 of the ignition coil 21 to generate a high voltage in the secondary coil, and the high voltage causes the ignition plug to be generated. 5 is generated, and the high voltage of direct current generated by the voltage doubler circuit 20 is supplied to the secondary coil 23 to maintain the discharge spark generated in the spark plug 5. After the discharge spark is generated, the discharge spark can be maintained for an appropriate period, and the air-fuel mixture can be reliably ignited to allow the combustion to proceed.
In addition, a lean air-fuel mixture or an air-fuel mixture with a high EGR can be burned while preventing misfire, so that fuel efficiency can be improved and exhaust gas can be purified.
Further, even when the flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber is high, the air-fuel mixture can be combusted without maintaining a discharge spark of the spark plug 5 and causing a misfire.
Further, the voltage boosted by the DC-AC booster circuit 10 is input to the capacity discharge circuit 12, and the electric charge accumulated in the ignition capacitor 35 is discharged to the primary coil 22 by the boosted voltage, and the voltage doubler circuit 20 Since the high voltage generated by is supplied to the secondary coil 23, the primary coil 22 and the like can be made small, and the ignition coil 21 can be downsized.

図２は、この発明の実施例２による内燃機関用点火装置の概略構成を示す説明図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その部分について重複説明を省略する。図２の内燃機関用点火装置１ａは、点火装置本体２ａにイオン電流検出回路５０を備え、また、点火プラグユニット３ａにイオン電流経路抵抗４１を備えている。また、他の部分は前述の内燃機関用点火装置１と同様に構成されている。
イオン電流経路抵抗４１は、高圧ダイオード４０に対して並列接続されており、倍電圧回路２０の入力点（イオン電流検出回路５０が接続されている側の入力点）と出力点との間が短絡状態とならず、且つ、イオン電流検出回路５０がイオン電流を検出する際に妨げとならない程度の抵抗値を有し、例えば数百［ｋΩ］〜数［ＭΩ］の抵抗値を有する。
イオン電流検出回路５０は、電源用キャパシタ５１の一端を、昇圧トランス３０の２次側巻線の他端に接続しており、この接続点にはツェナーダイオード５２のカソードを接続している。電源用キャパシタ５１の他端およびツェナーダイオード５２のアノードは、ダイオード５３のアノードおよび抵抗５５の一端に接続されている。
電源用キャパシタ５１は、イオン電流検出用電圧を供給する電源であり、当該イオン電流の検出に必要な電力を蓄積する容量を有する。ツェナーダイオード５２は、電源用キャパシタ５１の両端電圧を制限するもので、例えばこの両端電圧を７５［Ｖ］に制限する特性（降伏電圧）を有し、また、点火プラグ５に流れる放電電流を流すことができる電流容量を備えている。
また、イオン電流検出回路５０は、イオン電流の大きさを示すイオン電流検出信号を生成するオペアンプ５６を備えている。
オペアンプ５６の反転入力端子は、抵抗５５の他端およびダイオード５４のカソードが接続されている。また、オペアンプ５６の非反転入力端子は、ダイオード５３のカソード、ダイオード５４のアノードとともにＧＮＤ接続されている。
また、オペアンプ５６の反転入力端子と出力端子との間には、並列接続されたキャパシタ５７と抵抗５８とを接続して負帰還路が形成されており、オペアンプ５６を用いた積分回路が構成されている。
上記のように構成されたイオン電流検出回路５０は、２次側コイル２３やイオン電流経路抵抗４１を含めて形成されるイオン電流経路内に設けられている。
次に、動作について説明する。
前述の内燃機関用点火装置１と同様な動作については重複説明を省略し、内燃機関用点火装置１ａの特徴となる動作を主として説明する。
図３は、図２の内燃機関用点火装置の動作を示す説明図である。
内燃機関用点火装置１ａは、重ね時間制御部１１が外部から入力した点火信号に応じてＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０を稼動させ、昇圧トランス３０から例えば５００［Ｖ］に昇圧された交流電圧を出力する。この交流電圧は、容量放電回路１２および倍電圧回路２０へ入力される。
重ね時間制御部１１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０が起動すると、容量放電回路１２が点火用キャパシタ３５に充電を行う。この充電が終了すると、重ね時間制御部１１がフォトカプラ３３を制御して点火用キャパシタ３５から点火コイル２１の１次側コイル２２へ放電電流を出力させ、点火プラグ５に放電火花を発生させる。
また、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０から交流電圧が供給された倍電圧回路２０は、入力した交流電圧を整流するとともに昇圧を行って直流高電圧を生成し、点火コイル２１の２次側コイル２３へ出力して点火プラグ５に生じている放電火花を維持する。
上記の容量放電回路１２から放電電流が出力され、点火コイル２１の２次側コイル２３に誘起された高電圧によって点火プラグ５に放電電流が流れたとき、当該放電電流は点火プラグ５の頭部電極から２次側コイル２３へ、さらに高圧ダイオード４０のアノードへ向かって流れ、当該高圧ダイオード４０を介して昇圧トランス３０の２次側巻線、即ちＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
また、倍電圧回路２０が高電圧を２次側コイル２３へ供給したときにも、点火プラグ５に流れる放電電流は、２次側コイル２３から高圧ダイオード４０のアノードへ向かって流れ、容量放電回路１２の動作によって流れた放電電流と同様に、高圧ダイオード４０を介してＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力点へ帰還する。
また、容量放電回路１２および倍電圧回路２０の動作によって点火プラグ５に流れた放電電流は、前述のように２次側コイル２３および高圧ダイオード４０を流れた後、イオン電流検出回路５０の電源用キャパシタ５１へ流れて、当該電源用キャパシタ５１に電荷が充電される。この充電により電源用キャパシタ５１の両端電圧が例えば７５［Ｖ］になると、ツェナーダイオード５２に逆電流が流れるようになり、電源用キャパシタ５１の両端電圧が一定に維持される。なお、上記の逆電流はダイオード５３を介してＧＮＤ部分へ流れる。
重ね時間制御部１１の制御によってＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の出力動作が停止し、点火プラグ５の放電火花が消えると、イオン電流検出回路５０は、前述の放電電流（充電電流）が消失することから、電源用キャパシタ５１に蓄積している電荷を放電する。即ち、電源用キャパシタ５１から２次側コイル２３を介して点火プラグ５にイオン電流検出用電圧が印加される。
前述のように点火プラグ５に放電火花が発生し、放電電流が流れて燃焼室内の混合気が燃焼すると、正負いずれかの電荷を有する（陽と陰の）各イオンが発生する。このとき、点火プラグ５の放電電極間に電位差が存在すると、上記のイオンが正負の電荷ごとに分かれて各放電電極に移動する。このようにイオン電荷が移動することによってイオン電流が流れる。
このことから、点火プラグ５に放電火花を発生させるための高電圧を印加していないとき、当該点火プラグ５の放電電極間にイオン電流検出用電圧を供給することによって上記のイオン電流を検出することができる。
また、イオン電流検出用電圧を、容量放電回路１２の動作によって点火コイル２１から出力される高電圧や倍電圧回路２０から出力される高電圧に対して、逆極性となるように点火プラグ５へ印加する。具体的には、点火プラグ５の放電電極の中心電極にプラス電圧を印加する。このように、逆極性のイオン電流検出用電圧を印加することによって、燃焼開始から終了に至るまでに発生するイオン電流を測定し、検出値の精度を高める。
内燃機関用点火装置１ａは、点火プラグ５の放電電極間に流れる放電電流に対して、イオン電流が逆方向に流れるように回路構成されており、電源用キャパシタ５１の両端電圧、即ちイオン電流検出用電圧は、２次側コイル２３が発生する高電圧や倍電圧回路２０が生成する高電圧とは逆極性となるように点火プラグ５へ印加されている。
詳しくは、点火プラグ５や２次側コイル２３に流れていた放電電流が無くなると、前述のように電源用キャパシタ５１から電荷が放出され、当該電源用キャパシタ５１の両端電圧がイオン電流経路抵抗４１と２次側コイル２３を介して、またダイオード５３やＧＮＤ部分を介して点火プラグ５の放電電極間に印加される。
電源用キャパシタ５１の高電位側の第１端子、即ち昇圧トランス３０の２次側巻線の他端は、高圧ダイオード４０のカソードに接続されているため、高圧ダイオード４０と並列接続されたイオン電流経路抵抗４１を備えてイオン電流が流れる経路を確保する。
電源用キャパシタ５１が前述のように電荷を放電し、点火プラグ５の頭部電極ならびに放電電極の中心電極に高電位側（＋）電圧を供給し、点火プラグ５のＧＮＤ側放電電極には低電位側（−）電圧を供給する。
このようにイオン電流検出用電圧を点火プラグ５へ印加することにより、イオン電流は点火プラグ５のＧＮＤ側放電電極からシリンダブロックなどのＧＮＤ部分を介してイオン電流検出回路５０のＧＮＤ接続点へ到達し、ダイオード５４のアノードへ入力される。内燃機関用点火装置１ａにおいて、電源用キャパシタ５１から点火プラグ５へ印加されたイオン電流検出用電圧によって生じるイオン電流は、図３に示したイオン電流経路Ａのように流れる。
上記のようにダイオード５４から入力したイオン電流は抵抗５５を介して電源用キャパシタ５１の低電位側の第２端子へ帰還する。このとき、オペアンプ５６は、抵抗５５にイオン電流が流れることによって発生した電圧を入力し、この電圧信号を時間積分して電荷量を表すイオン電流検出信号を生成・出力する。上記の電荷量は、混合気が燃焼する際に発生したイオン量を示すものである。
燃焼室内で混合気が長い期間にわたって燃焼したときには、イオン電流も長い間流れる。このことから、混合気が完全燃焼したとき、もしくは完全燃焼に近似するときにはイオン電流が長期間流れる。このことからイオン電流検出回５０は、イオン電流の時間積分を行って１回の燃焼行程において発生したイオン量（電荷量）を求めている。
イオン電流検出回路５０から出力されたイオン電流検出信号は、例えばＥＣＵや重ね時間制御部１１などの制御部へ入力され、燃焼効率が向上するとともに内燃機関の運転状態が安定するように、点火時期、重ね放電時間、重ね放電電流の大きさなどを調整（設定）する際に用いられる。
例えば、重ね時間制御部１１などの制御部が、イオン電流検出回路５０から入力したイオン電流検出信号が燃焼状態の悪化を示したとき、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を増大させる。
また、重ね時間制御部１１等が、燃焼状態を良好にするためイオン電流検出信号を用いて重ね放電を制御するとき、重ね放電を行う期間を調整し、即ち、倍電圧回路２０から高電圧を出力する期間を延長または短縮するようにしてもよい。
また、イオン電流検出信号が、燃焼状態が良好であることを示しているときには、任意のタイミングで上記の放電電流を小さくし、具体的には、ＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０の動作を制御して倍電圧回路２０から出力する高電圧を小さくし、または高電圧の出力期間を短縮して、燃焼状態を良好に維持することができる限界値を探る制御を行い、消費電力を低減して省エネルギ化を図るようにしてもよい。
例えば重ね時間制御部１１が、イオン電流検出回路５０によって検出されたイオン電流を用いて燃焼状態を監視し、また図示されない電流検出手段を用いて２次側コイル２３に流れる放電電流を監視し、重ね放電期間や重ね放電時に流れる放電電流の大きさを調整し、またさらに、これらの調整した値を記憶更新することにより学習的に重ね放電期間の長さや放電電流の大きさを最適化し、重ね放電の動作制御に用いるようにしてもよい。
以上のように、この実施例２によれば、２次側コイル２３に倍電圧回路２０の出力点を接続して重ね放電を行う回路構成において、２次側コイル２３に流れる電流方向を規制する高圧ダイオード４０に並列接続されたイオン電流経路抵抗４１を備えたので、放電電流とは逆方向に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路５０を備えて、点火プラグ５をイオン電流センサとして使用し、イオン電流を精度よく検出して重ね放電を制御することができる。
また、検出したイオン電流の大きさに応じて重ね放電を制御することにより、燃焼状態に応じて重ね放電を行って内燃機関の運転効率を向上させることが可能になる。
また、イオン電流検出回路５０から出力されたイオン電流検出信号が良好な燃焼状態を示すようにＤＣ−ＡＣ昇圧回路１０ならびに倍電圧回路２０を制御することにより、シリンダの燃焼効率を良好にしながら点火動作に要する消費電力を抑制することも可能になる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine ignition device according to Embodiment 2 of the present invention. The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIG. The internal combustion engine ignition device 1a of FIG. 2 includes an ion current detection circuit 50 in the ignition device body 2a, and an ion current path resistance 41 in the ignition plug unit 3a. The other parts are configured in the same manner as the internal combustion engine ignition device 1 described above.
The ionic current path resistor 41 is connected in parallel to the high voltage diode 40, and the input point of the voltage doubler circuit 20 (the input point on the side where the ionic current detection circuit 50 is connected) and the output point are short-circuited. The resistance value is such that the ion current detection circuit 50 is not in a state and does not interfere when the ion current detection circuit 50 detects the ion current, for example, has a resistance value of several hundred [kΩ] to several [MΩ].
In the ion current detection circuit 50, one end of the power supply capacitor 51 is connected to the other end of the secondary winding of the step-up transformer 30, and the cathode of the Zener diode 52 is connected to this connection point. The other end of the power supply capacitor 51 and the anode of the Zener diode 52 are connected to the anode of the diode 53 and one end of the resistor 55.
The power supply capacitor 51 is a power supply that supplies an ion current detection voltage, and has a capacity for storing electric power necessary for detection of the ion current. The Zener diode 52 limits the voltage at both ends of the power supply capacitor 51. For example, the Zener diode 52 has a characteristic (breakdown voltage) that limits the voltage at both ends to 75 [V], and allows a discharge current flowing through the spark plug 5 to flow. Has a current capacity that can.
The ion current detection circuit 50 includes an operational amplifier 56 that generates an ion current detection signal indicating the magnitude of the ion current.
The inverting input terminal of the operational amplifier 56 is connected to the other end of the resistor 55 and the cathode of the diode 54. The non-inverting input terminal of the operational amplifier 56 is GND-connected together with the cathode of the diode 53 and the anode of the diode 54.
Further, a negative feedback path is formed by connecting a capacitor 57 and a resistor 58 connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 56, and an integrating circuit using the operational amplifier 56 is configured. ing.
The ion current detection circuit 50 configured as described above is provided in an ion current path formed including the secondary coil 23 and the ion current path resistance 41.
Next, the operation will be described.
About the operation | movement similar to the above-mentioned internal combustion engine ignition device 1, duplication description is abbreviate | omitted and the operation | movement which becomes the characteristic of the internal combustion engine ignition device 1a is mainly demonstrated.
FIG. 3 is an explanatory view showing the operation of the internal combustion engine ignition device of FIG.
The internal combustion engine ignition device 1a operates the DC-AC booster circuit 10 in response to an ignition signal input from the outside by the overlap time control unit 11, and outputs an AC voltage boosted to, for example, 500 [V] from the booster transformer 30. To do. This AC voltage is input to the capacitive discharge circuit 12 and the voltage doubler circuit 20.
When the DC-AC booster circuit 10 is activated by the control of the overlap time control unit 11, the capacitor discharge circuit 12 charges the ignition capacitor 35. When this charging is completed, the overlap time control unit 11 controls the photocoupler 33 to output a discharge current from the ignition capacitor 35 to the primary coil 22 of the ignition coil 21 and generate a discharge spark in the spark plug 5.
In addition, the voltage doubler circuit 20 to which the AC voltage is supplied from the DC-AC booster circuit 10 rectifies the input AC voltage and boosts it to generate a DC high voltage, to the secondary coil 23 of the ignition coil 21. The discharge spark generated in the spark plug 5 is maintained by output.
When a discharge current is output from the capacitive discharge circuit 12 and a discharge current flows through the spark plug 5 by a high voltage induced in the secondary coil 23 of the ignition coil 21, the discharge current is the head of the spark plug 5. It flows from the electrode to the secondary side coil 23 and further toward the anode of the high voltage diode 40, and returns to the secondary side winding of the step-up transformer 30, that is, the output point of the DC-AC step-up circuit 10 through the high voltage diode 40. .
Also, when the voltage doubler circuit 20 supplies a high voltage to the secondary coil 23, the discharge current flowing through the spark plug 5 flows from the secondary coil 23 toward the anode of the high voltage diode 40, and the capacitive discharge circuit Similarly to the discharge current flowing through the operation of No. 12, the output is fed back to the output point of the DC-AC booster circuit 10 through the high voltage diode 40.
Further, the discharge current flowing through the spark plug 5 by the operation of the capacitive discharge circuit 12 and the voltage doubler circuit 20 flows through the secondary coil 23 and the high-voltage diode 40 as described above, and then for the power source of the ion current detection circuit 50 The electric current flows to the capacitor 51 and the electric power capacitor 51 is charged. When the voltage across the power supply capacitor 51 becomes 75 [V] due to this charging, for example, a reverse current flows through the Zener diode 52, and the voltage across the power supply capacitor 51 is maintained constant. The reverse current flows through the diode 53 to the GND portion.
When the output operation of the DC-AC booster circuit 10 is stopped by the control of the overlapping time control unit 11 and the discharge spark of the spark plug 5 disappears, the ion current detection circuit 50 causes the discharge current (charge current) to disappear. The electric charge accumulated in the power supply capacitor 51 is discharged. That is, the ion current detection voltage is applied from the power supply capacitor 51 to the spark plug 5 through the secondary coil 23.
As described above, when a spark is generated in the spark plug 5 and a discharge current flows and the air-fuel mixture in the combustion chamber burns, each ion having positive or negative charge (positive or negative) is generated. At this time, if a potential difference exists between the discharge electrodes of the spark plug 5, the ions are divided into positive and negative charges and moved to the respective discharge electrodes. Thus, an ionic current flows by the movement of the ionic charge.
Therefore, when a high voltage for generating a discharge spark is not applied to the spark plug 5, the ion current is detected by supplying an ion current detection voltage between the discharge electrodes of the spark plug 5. be able to.
Further, the ion current detection voltage is supplied to the spark plug 5 so as to have a reverse polarity with respect to the high voltage output from the ignition coil 21 or the high voltage output from the voltage doubler circuit 20 by the operation of the capacitive discharge circuit 12. Apply. Specifically, a positive voltage is applied to the center electrode of the discharge electrode of the spark plug 5. Thus, by applying the ion current detection voltage of reverse polarity, the ion current generated from the start to the end of combustion is measured, and the accuracy of the detection value is increased.
The internal combustion engine ignition device 1a is configured so that an ionic current flows in a direction opposite to a discharge current flowing between the discharge electrodes of the ignition plug 5, and a voltage across the power supply capacitor 51, that is, an ionic current detection is detected. The working voltage is applied to the spark plug 5 so as to have a polarity opposite to that of the high voltage generated by the secondary coil 23 and the high voltage generated by the voltage doubler circuit 20.
Specifically, when the discharge current flowing through the spark plug 5 and the secondary coil 23 disappears, the electric charge is discharged from the power supply capacitor 51 as described above, and the voltage across the power supply capacitor 51 becomes the ion current path resistance 41. And is applied between the discharge electrodes of the spark plug 5 via the secondary coil 23 and via the diode 53 and the GND portion.
Since the first terminal on the high potential side of the power supply capacitor 51, that is, the other end of the secondary winding of the step-up transformer 30 is connected to the cathode of the high-voltage diode 40, the ionic current connected in parallel with the high-voltage diode 40 A path resistance 41 is provided to secure a path through which ion current flows.
The power supply capacitor 51 discharges the electric charge as described above, supplies a high potential side (+) voltage to the head electrode of the spark plug 5 and the center electrode of the discharge electrode, and applies a low voltage to the GND side discharge electrode of the spark plug 5. Supply potential side (-) voltage.
By applying the ion current detection voltage to the spark plug 5 in this manner, the ion current reaches the GND connection point of the ion current detection circuit 50 from the GND side discharge electrode of the spark plug 5 through the GND portion such as the cylinder block. And input to the anode of the diode 54. In the internal combustion engine ignition device 1a, an ion current generated by the ion current detection voltage applied from the power supply capacitor 51 to the ignition plug 5 flows as in the ion current path A shown in FIG.
As described above, the ion current input from the diode 54 returns to the second terminal on the low potential side of the power supply capacitor 51 through the resistor 55. At this time, the operational amplifier 56 inputs a voltage generated by the ion current flowing through the resistor 55, and generates and outputs an ion current detection signal representing the charge amount by time integration of the voltage signal. The above-described charge amount indicates the amount of ions generated when the air-fuel mixture burns.
When the air-fuel mixture burns for a long period in the combustion chamber, the ion current also flows for a long time. For this reason, an ion current flows for a long time when the air-fuel mixture is completely burned or approximated to burnt completely. From this, the ion current detection time 50 obtains the amount of ions (charge amount) generated in one combustion stroke by performing time integration of the ion current.
The ion current detection signal output from the ion current detection circuit 50 is input to, for example, a control unit such as the ECU or the overlap time control unit 11 to improve the combustion efficiency and stabilize the operation state of the internal combustion engine. It is used when adjusting (setting) the overlap discharge time, the overlap discharge current, and the like.
For example, a control unit such as the overlap time control unit 11 controls the operation of the DC-AC booster circuit 10 to control the voltage doubler circuit when the ion current detection signal input from the ion current detection circuit 50 indicates deterioration of the combustion state. The high voltage output from 20 is increased.
Further, when the overlap time control unit 11 or the like controls the overlap discharge using the ion current detection signal in order to improve the combustion state, the overlap time is adjusted, that is, the high voltage is supplied from the voltage doubler circuit 20. The output period may be extended or shortened.
In addition, when the ion current detection signal indicates that the combustion state is good, the discharge current is reduced at an arbitrary timing, specifically, the operation of the DC-AC booster circuit 10 is controlled. The high voltage output from the voltage doubler circuit 20 is reduced or the output period of the high voltage is shortened, and control is performed to find a limit value that can maintain a good combustion state, thereby reducing power consumption and saving energy. You may make it plan.
For example, the overlap time control unit 11 monitors the combustion state using the ion current detected by the ion current detection circuit 50, and monitors the discharge current flowing through the secondary coil 23 using a current detection unit (not shown). By adjusting the magnitude of the discharge current that flows during the overlap discharge period and the overlap discharge, and further updating and storing these adjusted values, the length of the overlap discharge period and the magnitude of the discharge current can be optimized by learning. You may make it use for the operation control of discharge.
As described above, according to the second embodiment, in the circuit configuration in which the output point of the voltage doubler circuit 20 is connected to the secondary side coil 23 to perform overlapping discharge, the direction of the current flowing through the secondary side coil 23 is regulated. Since the ionic current path resistor 41 connected in parallel to the high voltage diode 40 is provided, the ionic current detection circuit 50 for detecting the ionic current flowing in the direction opposite to the discharge current is provided, and the spark plug 5 is used as the ionic current sensor. It is possible to detect the ionic current with high accuracy and control the overlapping discharge.
Further, by controlling the overlap discharge according to the detected magnitude of the ionic current, it becomes possible to improve the operation efficiency of the internal combustion engine by performing the overlap discharge according to the combustion state.
Further, by controlling the DC-AC booster circuit 10 and the voltage doubler circuit 20 so that the ion current detection signal output from the ion current detection circuit 50 indicates a good combustion state, ignition is performed while improving the combustion efficiency of the cylinder. It is also possible to suppress power consumption required for operation.

１，１ａ 内燃機関用点火装置
２，２ａ 点火装置本体
３，３ａ 点火コイルユニット
４ バッテリ
５ 点火プラグ
１０ ＤＣ−ＡＣ昇圧回路
１１ 重ね時間制御部
１２ 容量放電回路
２０ 倍電圧回路
２１ 点火コイル
２２ １次側コイル
２３ ２次側コイル
３１，３２ スイッチトランジスタ
３３ フォトカプラ
３４ ダイオード
３５ 点火用キャパシタ
３６ サイリスタ
３７ 抵抗
４０ 高圧ダイオード
４１ イオン電流経路抵抗
５０ イオン電流検出回路
５１ 電源用キャパシタ
５２ ツェナーダイオード
５３，５４ ダイオード
５５ 抵抗
５６ オペアンプ
５７ キャパシタ
５８ 抵抗DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Ignition device 2 for internal combustion engines 2, 2a Ignition device main body 3, 3a Ignition coil unit 4 Battery 5 Spark plug 10 DC-AC booster circuit 11 Overlap time control unit 12 Capacity discharge circuit 20 Voltage doubler circuit 21 Ignition coil 22 Primary Side coil 23 Secondary coil 31, 32 Switch transistor 33 Photocoupler 34 Diode 35 Ignition capacitor 36 Thyristor 37 Resistance 40 High voltage diode 41 Ion current path resistance 50 Ion current detection circuit 51 Power supply capacitor 52 Zener diodes 53, 54 Diode 55 Resistor 56 Op amp 57 Capacitor 58 Resistor

Claims (2)

１次側コイルに流れた電流により２次側コイルに高電圧を発生する点火コイルと、
バッテリ電圧を所定電圧に昇圧する第１昇圧回路と、
前記第１昇圧回路の出力電圧によって充電したキャパシタから放電電流を前記１次側コイルに出力する容量放電回路と
前記第１昇圧回路の出力電圧から点火プラグの放電火花を維持する直流高電圧を生成する第２昇圧回路と、
前記第１昇圧回路、第２昇圧回路、および、前記容量放電回路を制御する制御部と、
燃焼室内に生じるイオン電流を検出し、前記制御部が燃焼状態を認識して前記第１昇圧回路、容量放電回路、および、第２昇圧回路の動作による重ね放電を制御するときに用いるイオン電流検出信号を生成するイオン電流検出部と、
前記容量放電回路および前記第２昇圧回路の各動作によって前記２次側コイルから点火プラグへ出力される高電圧の極性を制限する高圧ダイオードと、
前記高圧ダイオードの両端間を接続し、前記イオン電流が流れる経路を成すイオン電流経路抵抗と、
を備え、
前記制御部は、
外部からの点火信号に応じて前記第１昇圧回路を動作させ、
前記点火信号が示すタイミングで前記容量放電回路から放電電流を出力させて前記２次側コイルに接続された点火プラグに放電火花を発生させ、
前記第２昇圧回路が生成した直流高電圧を前記２次側コイルへ出力させて前記容量放電回路からの放電電流によって発生した高電圧に重畳し、前記点火プラグに発生した放電火花を維持させ、
前記イオン電流検出部は、
前記点火プラグへの高電圧出力が終了した後、前記２次側コイルおよび前記昇圧回路から出力する電圧とは逆極性のイオン電流検出用電圧を、前記イオン電流経路抵抗および前記２次側コイルを介して前記点火プラグへ印加して前記イオン電流を検出する、
ことを特徴とする内燃機関用点火装置。 An ignition coil that generates a high voltage in the secondary coil by the current flowing in the primary coil;
A first booster circuit for boosting the battery voltage to a predetermined voltage;
A capacitor discharge circuit that outputs a discharge current from the capacitor charged by the output voltage of the first booster circuit to the primary coil, and a DC high voltage that maintains the discharge spark of the spark plug is generated from the output voltage of the first booster circuit. A second booster circuit that
A control unit for controlling the first booster circuit, the second booster circuit, and the capacitive discharge circuit;
Ion current detection in the combustion chamber is detected, and the control unit recognizes the combustion state and uses the first booster circuit, the capacity discharge circuit, and the second booster circuit to control the overlap discharge. An ion current detector for generating a signal;
A high-voltage diode that limits the polarity of a high voltage output from the secondary coil to the spark plug by each operation of the capacitive discharge circuit and the second booster circuit;
An ionic current path resistance connecting both ends of the high voltage diode and forming a path through which the ionic current flows;
With
The controller is
Operating the first booster circuit in response to an external ignition signal;
Generating a discharge spark in a spark plug connected to the secondary coil by outputting a discharge current from the capacitive discharge circuit at a timing indicated by the ignition signal;
Superimposing a DC high voltage by the second step-up circuit is generated in the high voltage generated by the discharge current from the capacitive discharge circuit by an output to the secondary coil, to maintain the discharge sparks occurring in the spark plug ,
The ion current detector is
After the high voltage output to the spark plug is completed, the ion current detection voltage having the opposite polarity to the voltage output from the secondary coil and the booster circuit is applied to the ion current path resistor and the secondary coil. The ionic current is detected by applying to the spark plug via
An internal combustion engine ignition device. 前記容量放電回路の放電電流によって前記２次側コイルに発生する主放電パルス電圧の極性と、前記第２昇圧回路から前記２次側コイルへ出力される直流高電圧の極性が同一である、
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 polarity of the main discharge pulse voltage generated in the secondary coil by the discharge current of the capacitive discharge circuit is the same as the polarity of the DC high voltage output from the second booster circuit to the secondary coil.
The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1.
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