JP6375177B2 - Ignition coil for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関を稼働させるとき、高電圧を発生して燃焼室内の混合気に点火する内燃機関用点火コイルに関するものである。 The present invention relates to an ignition coil for an internal combustion engine that generates a high voltage and ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber when the internal combustion engine is operated.
内燃機関に備える点火装置として、点火プラグに放電火花を発生させる高電圧を供給するとき、供給エネルギの損失を抑制するため、点火プラグの頭上に点火コイルを配置したダイレクトイグニション方式を採用したものがある。
一方、有害な排出ガスの抑制ならびに燃費改善を達成するため、希薄燃焼や高ＥＧＲなどが多用され、燃焼室内の混合気に着火することや高い効率で燃焼させることが難しくなっている。
As an ignition device provided in an internal combustion engine, a direct ignition system in which an ignition coil is disposed above the spark plug is used to suppress a loss of supply energy when supplying a high voltage that generates a discharge spark to the spark plug. is there.
On the other hand, lean combustion, high EGR, and the like are frequently used to suppress harmful exhaust gas and improve fuel efficiency, and it is difficult to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber and to burn it with high efficiency.
前述のように点火が難しい場合に対処するため、例えば複数の点火コイルを備えて点火エネルギを増大させた内燃機関用点火装置がある（例えば、特許文献１参照）。
この点火装置は、２つの点火コイルと、各点火コイルに備えられたパワートランジスタのスイッチングを制御する点火信号出力回路によって構成されている。各点火コイルは一次コイルと二次コイルによって構成され、一次コイルに流れる一次電流の遮断時に誘起する二次電圧（高電圧）を点火プラグに出力している。
各一次コイルには、バッテリから直流電圧が印加されており、上記のパワートランジスタのスイッチ動作によって一次電流の通電・遮断を行っている。
In order to cope with the case where ignition is difficult as described above, for example, there is an internal combustion engine ignition device having a plurality of ignition coils to increase ignition energy (see, for example, Patent Document 1).
This ignition device includes two ignition coils and an ignition signal output circuit that controls switching of a power transistor provided in each ignition coil. Each ignition coil is composed of a primary coil and a secondary coil, and outputs a secondary voltage (high voltage) induced when the primary current flowing through the primary coil is interrupted to the ignition plug.
A DC voltage is applied to each primary coil from a battery, and the primary current is turned on and off by the switching operation of the power transistor.
各二次コイルの一端は接地接続されており、この部分が低圧側となる。また、各二次コイルの他端は点火プラグの頭部電極に接続され、この部分が高圧側となる。
換言すると、各二次コイルの低圧側はシリンダブロックなどの接地部分を介して点火プラグの接地電極に接続され、各二次コイルの高圧側は点火プラグの頭部電極（中心電極）に接続されている。即ち、単一の点火プラグに対して２つの点火コイル（二次コイル）が並列に接続されている。
また、各二次コイルには高圧ダイオードが接続されており、当該二次コイルに流れる電流方向を規制している。
One end of each secondary coil is grounded, and this portion is on the low voltage side. Further, the other end of each secondary coil is connected to the head electrode of the spark plug, and this portion becomes the high voltage side.
In other words, the low voltage side of each secondary coil is connected to the ground electrode of the spark plug via a grounding part such as a cylinder block, and the high voltage side of each secondary coil is connected to the head electrode (center electrode) of the spark plug. ing. That is, two ignition coils (secondary coils) are connected in parallel to a single spark plug.
Moreover, a high voltage diode is connected to each secondary coil, and the direction of current flowing through the secondary coil is regulated.
特許文献１に開示された内燃機関用点火装置は、例えば各点火コイルの一次電流を通電・遮断するタイミングをずらし、点火プラグの接地電極と中心電極との間に発生する火花放電を長時間維持するようにしている。
また、各点火コイルの一次電流を異なる回数でスイッチングし、放電電流を所定期間で重なるようにしている。この２つの点火コイルからの高電圧出力を重畳した期間は、各点火コイルに流れる二次電流を加算した電流が点火プラグ等に流れる。
The ignition device for an internal combustion engine disclosed in
Further, the primary current of each ignition coil is switched at a different number of times so that the discharge currents overlap in a predetermined period. During the period in which the high voltage outputs from the two ignition coils are superimposed, a current obtained by adding the secondary currents flowing through the ignition coils flows through the spark plug and the like.
環境性能等を向上させるため、車両の動力源に関連する機構は複雑化する傾向にある。そのため、車両に搭載する機構等が多種多様になり、内燃機関の点火装置については配置が容易になるように小型化を図ることが望まれている。
設置スペースを抑制するため点火装置を小型化する場合には、各部品等の大きさに制限が生じる。
例えば、ダイレクトイグニション方式の点火装置については、点火プラグの上側、即ちシリンダヘッドに点火コイルなどを配置することから、他の機構、部品等との配置関係から設置スペースに制約が生じ、装置の小型化が要求される。
ダイレクトイグニション方式の点火装置は、点火コイルから効率良く点火プラグへ高電圧を供給できるように構成したにもかかわらず、上記のように設置スペースに制約が生じるため、磁気回路もしくは部品や素子等の大きさが制限され、好適な二次エネルギを出力することが難しくなる。
In order to improve environmental performance and the like, mechanisms related to the power source of the vehicle tend to be complicated. For this reason, a variety of mechanisms and the like are mounted on the vehicle, and it is desired to reduce the size of the ignition device for the internal combustion engine so that it can be easily arranged.
When the ignition device is downsized to reduce the installation space, the size of each component is limited.
For example, in the case of a direct ignition type ignition device, since an ignition coil or the like is arranged on the upper side of the ignition plug, that is, in the cylinder head, the installation space is restricted due to the arrangement relationship with other mechanisms and parts, etc. Is required.
Although the direct ignition type ignition device is configured so that a high voltage can be efficiently supplied from the ignition coil to the ignition plug, the installation space is limited as described above. The size is limited, making it difficult to output suitable secondary energy.
本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、省スペースに対応するとともに、充分な二次エネルギを点火プラグへ供給し、混合気への点火を良好に行う内燃機関用点火コイル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 provides an ignition coil for an internal combustion engine that can save space, supply sufficient secondary energy to an ignition plug, and satisfactorily ignite an air-fuel mixture. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関用点火コイルは、外部から直流電圧が印加される第１の一次コイル、制御手段からの点火信号に応じて前記第１の一次コイルに流れる第１の一次電流の通電・遮断を行う第１のスイッチ手段、前記第１の一次電流が通電・遮断されることにより第１の二次電圧を発生する第１の二次コイル、および、前記第１の一次コイルと前記第１の二次コイルとを巻線配置する鉄心材、を有する第１コイルと、外部から直流電圧が印加される第２の一次コイル、前記制御手段からの点火信号に応じて前記第２の一次コイルに流れる第２の一次電流の通電・遮断を行う第２のスイッチ手段、前記第２の一次電流が通電・遮断されることにより第２の二次電圧を発生する第２の二次コイル、および、前記第２の一次コイルと前記第２の二次コイルとを巻線配置する鉄芯材、を有する第２コイルと、前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルとを直列に接続する高圧配線と、を備え、前記直列接続した第１の二次コイルおよび第２の二次コイルに点火プラグを接続し、前記第２コイルは、前記第２の二次コイルに発生する第２の二次電圧が所定電圧以下となるように、前記第２の一次コイルの両端電圧を制限する定電圧ダイオードを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ignition coil for an internal combustion engine according to the present invention flows to the first primary coil in response to an ignition signal from a first primary coil to which a DC voltage is applied from the outside and a control means. First switch means for energizing / interrupting a first primary current, a first secondary coil for generating a first secondary voltage when the first primary current is energized / interrupted, and A first coil having a first core coil and an iron core that winds and arranges the first secondary coil; a second primary coil to which a DC voltage is applied from the outside; and an ignition signal from the control means Second switch means for energizing / interrupting the second primary current flowing in the second primary coil in response to the second primary voltage generated by energizing / intersecting the second primary current A second secondary coil, and the second secondary coil A second coil having an iron core material that winds and arranges the primary coil and the second secondary coil, and a high-voltage wiring that connects the first secondary coil and the second secondary coil in series. A spark plug is connected to the first secondary coil and the second secondary coil connected in series, and the second coil is a second secondary generated in the second secondary coil. A constant voltage diode is provided for limiting the voltage across the second primary coil so that the voltage is equal to or lower than a predetermined voltage .
また、前記第１の二次電圧が発生したとき低圧側となる前記第１の二次コイルの第１端と、前記第２の二次電圧が発生したとき高圧側となる前記第２の二次コイルの第１端と、を前記高圧配線により接続し、前記第１の二次電圧が発生したとき高圧側となる前記第１の二次コイルの第２端と前記点火プラグの一の電極とを接続し、前記第２の二次電圧が発生したとき低圧側となる前記第２の二次コイルの第２端と前記点火プラグの他の電極とを接続したことを特徴とする。 In addition, the first end of the first secondary coil that becomes a low voltage side when the first secondary voltage is generated and the second second voltage that becomes a high voltage side when the second secondary voltage is generated. The first end of the secondary coil is connected by the high-voltage wiring, and the second end of the first secondary coil that becomes a high-voltage side when the first secondary voltage is generated, and one electrode of the spark plug And the second end of the second secondary coil, which is on the low voltage side when the second secondary voltage is generated, is connected to the other electrode of the spark plug.
また、前記第２コイルに発生する第２の二次電圧に対応する耐電圧性を有し、前記第１コイルの第１の二次コイルに二次電流の流れる方向を定める高圧ダイオードを接続したことを特徴とする。 In addition, a high voltage diode having a withstand voltage corresponding to a second secondary voltage generated in the second coil and determining a direction in which a secondary current flows is connected to the first secondary coil of the first coil. It is characterized by that.
また、前記制御手段から入力した第１点火信号および第２点火信号に応じて、前記第１スイッチ手段による前記第１の一次電流の通電・遮断のタイミングと同時、または該タイミングから遅延して前記第２スイッチ手段による前記第２の一次電流の通電・遮断を行い、前記第１コイルの第１の二次コイルに、前記第２コイルの第２の二次コイルに発生した二次エネルギを供給することを特徴とする。 Further, according to the first ignition signal and the second ignition signal input from the control means, the timing of the energization / cutoff of the first primary current by the first switch means , or delayed from the timing, The second switch means energizes and cuts off the second primary current, and supplies the secondary energy generated in the second secondary coil of the second coil to the first secondary coil of the first coil. It is characterized by doing.
本発明によれば、充分な二次エネルギを点火プラグに供給し、適切な火花放電を発生させて内燃機関の燃焼効率を向上させることができる。また、充分な二次エネルギを供給した場合でも二次電流の最大値を抑制することができ、点火プラグの消耗を抑えることが可能になる。 According to the present invention, sufficient secondary energy can be supplied to the spark plug to generate an appropriate spark discharge and improve the combustion efficiency of the internal combustion engine. Moreover, even when sufficient secondary energy is supplied, the maximum value of the secondary current can be suppressed, and consumption of the spark plug can be suppressed.
以下、本発明の実施の一形態を、図を参照して具体的に説明する。
（実施例）
図１は、本発明の実施例による内燃機関用点火コイルの構成を示す回路図である。図示した内燃機関用点火コイルは、第１コイル（１０）および第２コイル（２０）からなり、車載バッテリ等の直流電源１、点火プラグ２に接続されている。
また、上記の内燃機関用点火コイルは、点火タイミングならびに二次エネルギの大きさを制御する、換言すると、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）の二次電圧出力動作を制御するＥＣＵ３と接続されている。
ＥＣＵ３は、例えばプロセッサやメモリ等の各デバイスによって回路構成された制御手段であり、車両の運転者等が行った操作を検出する各センサ、内燃機関の動作状態などを検出する各センサ等に配線接続されている。また、上記のプロセッサ等が出力した信号等を用いて内燃機関の補器等の動作制御を行うように配線接続されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(Example)
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an internal combustion engine ignition coil according to an embodiment of the present invention. The illustrated ignition coil for an internal combustion engine includes a first coil (10) and a second coil (20), and is connected to a
The ignition coil for an internal combustion engine controls the ignition timing and the magnitude of the secondary energy. In other words, the
The ECU 3 is a control means constituted by a device such as a processor or a memory, for example, and is wired to each sensor that detects an operation performed by a vehicle driver or the like, each sensor that detects an operation state of the internal combustion engine, or the like. It is connected. Further, the wiring is connected so as to control the operation of the auxiliary equipment of the internal combustion engine using the signal output from the processor or the like.
第１コイル（１０）は、例えば、珪素鋼板などの鉄芯材に巻回配置した一次コイル１１および二次コイル１２、ＩＧＢＴなどの半導体素子からなるスイッチ素子１３、二次コイル１２に接続された高圧ダイオード１４を備えている。
高圧ダイオード１４は、第１コイル（１０）に通電を開始したときに発生する二次電圧、さらに、第２コイル（２０）が発生する二次電圧に対応する耐圧特性を有し、例えば十数［ｋＶ］に耐え得るものである。
The first coil (10) is connected to, for example, a primary coil 11 and a
The
第１コイル（１０）は、一次コイル１１の端子１１１には直流電源１の高圧側出力端子が接続されている。また、一次コイル１１の端子１１２にはスイッチ素子１３の一方のスイッチ接点（コレクタ）が接続されている。なお、直流電源１の低圧側出力端子は、接地接続されている。
スイッチ素子１３の他方のスイッチ接点（エミッタ）は、接地接続されている。スイッチ素子１３の制御端子（ゲート）は、ＥＣＵ３に接続されている。
In the first coil (10), the
The other switch contact (emitter) of the
二次コイル１２の端子１１３には、点火プラグ２の頭部電極（中心電極）が接続されている。また、二次コイル１２の端子１１４には、高圧ダイオード１４のアノード、および第２コイル（２０）の二次コイル２２の端子２１３が接続されている。
高圧ダイオード１４のカソードは接地接続されており、二次コイル１２の端子１１４は高圧ダイオード１４を介して点火プラグ２の接地電極に接続されている。換言すると、高圧ダイオード１４は、二次コイル１２に流れる二次電流、また、点火プラグ２に流れる二次電流を所定方向に定める（制限する）ように接続されている。
A head electrode (center electrode) of the spark plug 2 is connected to the
The cathode of the
第２コイル（２０）は、例えば、珪素鋼板などの鉄芯材に巻回配置した一次コイル２１および二次コイル２２、ＩＧＢＴなどの半導体素子からなるスイッチ素子２３、二次コイル２２に接続された高圧ダイオード２４、一次コイル２１の両端電圧を所定値に制限する定電圧ダイオード２５を備えている。
高圧ダイオード２４は、第２コイル（２０）に通電を開始したときに発生する二次電圧を抑制するもので、この二次電圧に十分耐えられる耐圧特性を有している。
第２コイル（２０）は、一次コイル２１の端子２１１に直流電源１の高圧側出力端子が接続され、一次コイル２１の端子２１２にはスイッチ素子２３の一方のスイッチ接点（コレクタ）が接続されている。また、スイッチ素子２３の他方のスイッチ接点（エミッタ）は接地接続されている。スイッチ素子２３の制御端子（ゲート）は、ＥＣＵ３に接続されている。
The second coil (20) is connected to, for example, a primary coil 21 and a
The high-
The second coil (20) has a high-voltage side output terminal of the
高圧ダイオード２４のアノードは二次コイル２２の端子２１４に接続され、カソードは接地接続されている。
即ち、二次コイル２２の端子２１４は、高圧ダイオード２４および内燃機関等の接地部分を介して、点火プラグ２の接地電極に接続されている。
上記のように接続された高圧ダイオード２４は、二次コイル２２に流れる二次電流ならびに点火プラグ２に流れる二次電流を、所定の方向に定めて（制限して）いる。換言すると、二次コイル２２が二次エネルギを発生したとき、点火プラグ２の電極間に流れる放電電流が、前述の高圧ダイオード１４によって制限された場合と同一方向へ流れるように、二次コイル２２から出力される二次電流の方向を揃えている。
The anode of the
That is, the
The
定電圧ダイオード２５は、例えば双方向性降伏ダイオードであり、第２コイル（２０）の端子２１１と端子２１２との間に接続されている。定電圧ダイオード２５の降伏電圧は、二次コイル２３に発生する二次電圧を所望の大きさに制限するもので、第２コイル（２０）の一次コイル２１と二次コイル２２との巻数比に対応させて定められた値である。
二次コイル２２の端子２１３は、低抵抗の高圧電線３０を用いて第１コイル（１０）の二次コイル２の端子１１４に配線接続されている。なお、高圧電線３０は高電圧に耐用可能な導電部材等でもよい。
The
The
第１コイル（１０）と第２コイル（２０）とを１か所にまとめて設置構成してもよいが、前述のように、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）は、高圧電線３０によって接続されていることから、例えば、第１コイル（１０）を点火プラグ２の頭上に配置するダイレクトイグニション方式の構造とし、第２コイル（２０）をインテーク側など適当な箇所に固定して、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）とを離間配置するように構成してもよい。
このように第１コイル（１０）と第２コイル（２０）とを離間した場合、ダイレクトイグニション方式の構造とすることが困難なサイズの磁気回路、即ち外寸の大きな第２コイル（２０）等を用いることが可能になり、所望の大きさの二次エネルギを得ることが容易になる。
Although the first coil (10) and the second coil (20) may be installed and configured in one place, as described above, the first coil (10) and the second coil (20) Since it is connected by the
When the first coil (10) and the second coil (20) are separated from each other in this way, a magnetic circuit having a size that is difficult to obtain a direct ignition system structure, that is, the second coil (20) having a large outer dimension, etc. It becomes easy to obtain secondary energy of a desired magnitude.
次に動作について説明する。
本実施例による内燃機関用点火コイルは、点火プラグ２の点火時期を示す、例えばＥＣＵ３から出力される第１点火信号および第２点火信号によって制御される。
また、第２コイル（２０）による二次電圧出力の有無により、二つの電流経路Ａ，Ｂが形成される。
ＥＣＵ３は、内燃機関を稼動させるとき、当該内燃機関の温度（例えば冷却水や排出ガス等の温度）、回転数、負荷、吸気量、運転者等によってなされた加減速などの操作等を各センサ等の出力信号から検知する。
また、これらの検知内容等に応じて混合気の濃度、ＥＧＲ量、点火時期、吸排気弁の開閉タイミングなどを決定して各機構部や補器等を制御する。
Next, the operation will be described.
The ignition coil for an internal combustion engine according to this embodiment is controlled by a first ignition signal and a second ignition signal output from the
Two current paths A and B are formed depending on whether or not the secondary voltage is output by the second coil (20).
When operating the internal combustion engine, the
Further, according to the detection contents and the like, the air-fuel mixture concentration, EGR amount, ignition timing, intake / exhaust valve opening / closing timing, etc. are determined to control each mechanism part and auxiliary equipment.
ＥＣＵ３は、前述の検知内容に応じて、自身に設定されたデータ等を用い、点火時期を示す第１点火信号を生成して第１コイル（１０）へ出力し、スイッチ素子１３のスイッチ動作を制御する。
また、ＥＣＵ３は、例えば前述の検知内容から、点火プラグ２へ供給する二次エネルギを増大させることが必要と判断した場合に第２点火信号を生成し、第２コイル（２０）へ出力してスイッチ素子２３のスイッチ動作を制御する。
具体的には、例えば燃料噴射量やＥＧＲ量などの制御量等から、混合気の着火性や燃焼効率が低くなることを検知した場合には、ＥＣＵ３自身に設定されているデータ等を用いて、上記の第１点火信号に対応する第２点火信号を生成する。
なお、第２点火信号は、例えば内燃機関にかかる負荷が軽い場合など、着火性や燃焼効率が良好になる場合には出力されず、第１点火信号のみが出力される。
The
The
Specifically, for example, when it is detected from the control amount such as the fuel injection amount or the EGR amount that the ignitability or combustion efficiency of the air-fuel mixture decreases, the data set in the
Note that the second ignition signal is not output when the ignitability and combustion efficiency are good, for example, when the load applied to the internal combustion engine is light, and only the first ignition signal is output.
初めに、第１コイル（１０）によって点火プラグ２に放電火花を発生させる場合の動作を説明する。
第１コイル（１０）は、入力した第１点火信号が有意を示すハイレベルとなっている間、スイッチ素子１３がオン状態になり、直流電源１の出力電圧が印加されている一次コイル１１に一次電流が流れる。
第１点火信号がハイレベルからローレベルへ遷移すると、スイッチ素子１３はオン状態からオフ状態へ遷移し、上記の一次電流を遮断する。この一次電流の遮断により、第１コイル（１０）の二次コイル１２には、点火プラグ２の電極間に放電火花を発生させる高電圧（二次電圧）が発生する。この高電圧によって点火プラグ２に放電火花が発生したとき、第１コイル（１０）ならびに点火プラグ２などに流れる二次電流は、図１に破線矢印で示した電流経路Ａを流れる。なお、この場合において第２コイル（２０）から二次電圧は出力されていない。
First, the operation when a spark is generated in the spark plug 2 by the first coil (10) will be described.
The first coil (10) is connected to the primary coil 11 to which the output voltage of the
When the first ignition signal transitions from the high level to the low level, the
詳しくは、ＥＣＵ３から出力された第１点火信号が、ローレベルから有意を示すハイレベルに遷移すると、スイッチ素子１３がオフからオンへ遷移する。
スイッチ素子１３がオン状態になると、直流電源１から供給された電力により一次コイル１１に一次電流が流れる。この一次電流が流れ始めたときに二次コイル１２に誘起する二次電圧は、端子１１３が低圧側、端子１１４が高圧側になる。即ち、高圧ダイオード１４の逆方向へ二次電流を流すように発生するため、このとき二次電流は流れず、点火プラグ２に放電火花が発生することはない。
Specifically, when the first ignition signal output from the
When the
第１点火信号がハイレベルからローレベルに遷移すると、スイッチ素子１３がオンからオフへ遷移し、一次コイル１１に流れていた一次電流が遮断される。
一次電流の遮断により二次コイル１２に二次電圧が誘起し、高圧ダイオード１４、内燃機関等の接地部分を介して点火プラグ２にこの二次電圧が印加される。一次電流の遮断時に誘起する二次電圧は、二次コイル１２の端子１１４が低圧側となり、端子１１３が高圧側となる。なお、端子１１４は高圧ダイオード１４を介して接地されているため、端子１１３にはマイナス電圧が生じる。
When the first ignition signal transitions from the high level to the low level, the
When the primary current is interrupted, a secondary voltage is induced in the
この二次電圧の印加によって点火プラグ２の電極間に放電火花が発生して放電電流が流れると、点火プラグ２の中心電極から二次コイル１２の端子１１３に向かって二次電流が流れる。この二次電流は、二次コイル１２の端子１１４から高圧ダイオード１４へ流れ、前述の接地部分を介して点火プラグ２の接地電極に流れて放電火花を生じさせている。
なお、二次コイル１２から出力される（端子１１４から流れ出る）二次電流は、第２コイル（２０）の二次コイル２２の抵抗成分と高圧ダイオード２４の抵抗成分とを加算した値に比べて高圧ダイオード１４の抵抗成分が小さいため、第２コイル（２０）側ではなく高圧ダイオード１４へ流れる。
第１コイル（１０）のみが二次電圧を出力し、点火プラグ２に放電火花を発生させた場合には、このように二次電流が電流経路Ａを流れる。
When a discharge spark is generated between the electrodes of the spark plug 2 due to the application of the secondary voltage and a discharge current flows, a secondary current flows from the center electrode of the spark plug 2 toward the
The secondary current output from the secondary coil 12 (flowing out from the terminal 114) is compared with a value obtained by adding the resistance component of the
When only the first coil (10) outputs a secondary voltage and a spark is generated in the spark plug 2, the secondary current flows through the current path A in this way.
次に、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）とを使用した点火動作を説明する。
ＥＣＵ３は、前述のように混合気の着火性が低い、または燃焼効率が低下すると判断したときには、点火プラグ２へ供給する二次エネルギを増大させる。
具体的には、内燃機関の稼動状態に適した点火時期を示す第１点火信号を出力し、また、第１点火信号から所定時間遅延させて第２点火信号を出力する。なお、第１点火信号と第２点火信号とを同時に有意とし、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）に、同時に二次電圧を発生させるようにしてもよい。
Next, the ignition operation using the first coil (10) and the second coil (20) will be described.
The
Specifically, the first ignition signal indicating the ignition timing suitable for the operating state of the internal combustion engine is output, and the second ignition signal is output with a predetermined time delay from the first ignition signal. The first ignition signal and the second ignition signal may be significant at the same time, and the secondary voltage may be generated simultaneously in the first coil (10) and the second coil (20).
第１コイル（１０）が有意を示す第１点火信号を入力したときの動作は、概ね前述のように動作する。即ち、第１コイル（１０）から二次電圧が出力され、第２コイル（２０）から二次電圧が出力されていないときには、二次電流は電流経路Ａを流れる。
ＥＣＵ３が、第１点火信号から所定時間遅延して第２点火信号を出力すると、第２コイル（２０）は第２点火信号が示すタイミングで二次電圧を発生させる。第２コイル（２０）が発生した二次電圧は、第１コイル（１０）から出力されている二次電圧に重畳されて点火プラグ２へ供給される。
なお、第２コイル（２０）から二次電圧が出力されるときには、点火プラグ２に放電電流が流れ始めており、第１コイル（１０）から出力される（二次コイル１２に生じている）二次電圧は、当該電圧発生時から低下して放電を維持可能な程度になっている。
The operation when the first ignition signal indicating the significance of the first coil (10) is input generally operates as described above. That is, when the secondary voltage is output from the first coil (10) and the secondary voltage is not output from the second coil (20), the secondary current flows through the current path A.
When the
When a secondary voltage is output from the second coil (20), a discharge current starts to flow through the spark plug 2, and is output from the first coil (10) (generated in the secondary coil 12). The next voltage is lowered from the time when the voltage is generated, and can maintain the discharge.
詳しくは、ＥＣＵ３から出力された第２点火信号が、ローレベルから有意を示すハイレベルに遷移すると、スイッチ素子２３がオフからオンへ遷移する。
スイッチ素子２３がオン状態になると、直流電源１から供給された電力によって一次コイル２１に一次電流が流れる。この一次電流が流れ始めたときに二次コイル２２に発生する二次電圧は、端子２１３が低圧側、端子２１４が高圧側となる。即ち、高圧ダイオード２４の作用により、この二次電圧によって二次電流は発生しない。
第２点火信号がハイレベルからローレベルへ遷移すると、スイッチ素子２３がオンからオフへ遷移し、一次コイル２１に流れていた一次電流が遮断される。
この一次電流の遮断時には、一次コイル２１の両端に一次電圧が発生し、端子２１２側に数百［Ｖ］の一次電圧が生じる。
Specifically, when the second ignition signal output from the
When the
When the second ignition signal transitions from the high level to the low level, the
When the primary current is interrupted, a primary voltage is generated at both ends of the primary coil 21, and a primary voltage of several hundreds [V] is generated on the terminal 212 side.
定電圧ダイオード２５は、上記のように数百［Ｖ］の一次電圧が発生し、端子２１２が高圧側になり、端子２１１が低圧側になったとき、一次コイル２１の両端電圧を例えば約１００［Ｖ］に抑制する。
第２コイル（２０）においては、定電圧ダイオード２５によって一次コイル２１の両端電圧を所定値以下に制限することで、二次コイル２２に発生する二次電圧のピーク値を所望の大きさに抑え、第１コイル（１０）から出力されている二次電圧と重畳したときに適当な電圧値となるように調整する。
また、定電圧ダイオード２５は、前述のように双方向性を有しており、上記の一次電圧が発生していないときには、直流電源１の出力電圧によって端子２１１が高圧側、端子２１２が低圧側となるように作用し、当該定電圧ダイオード２５自身に電流が流れない状態（遮断状態）になる。
The
In the second coil (20), the voltage across the primary coil 21 is limited to a predetermined value or less by the
The
なお、定電圧ダイオード２５は、上記のように作用することから、端子２１２の電圧が所定値よりも大きくなったとき（前述の一次電圧が発生したとき）降伏するツェナーダイオードと、端子２１１が端子２１２よりも高電圧となったとき上記のツェナーダイオードに順方向電流が流れないようにするダイオードとを組み合わせて回路構成することも可能である。
Since the
前述のように一次コイル２１に流れていた一次電流が遮断されて、二次コイル２２に二次電圧が誘起すると、二次コイル２２の端子２１３は高圧側、端子２１４は低圧側となる。なお、端子２１４は高圧ダイオード２４を介して接地接続されるため、端子２１３はマイナス電圧となる。このとき生じる二次電流は、図１に一点破線の矢印で示した電流経路Ｂを流れる。
第１コイル（１０）が二次電圧を出力している最中に、第２コイル（２０）に二次電圧を発生させると、第１コイル（１０）の端子１１１（低圧側）から流れ出る二次電流は、第２コイル（２０）の端子２１３（高圧側）がマイナス電圧となることから、接地接続されている高圧ダイオード１４へ向かって流れず、端子２１３即ち二次コイル２２へ向かって流れる。
As described above, when the primary current flowing in the primary coil 21 is interrupted and a secondary voltage is induced in the
If a secondary voltage is generated in the second coil (20) while the first coil (10) is outputting the secondary voltage, the second coil (10) flows out from the terminal 111 (low voltage side) of the first coil (10). Since the terminal 213 (high voltage side) of the second coil (20) becomes a negative voltage, the secondary current does not flow toward the
ここで、第１コイル（１０）の低圧側の端子１１４と、第２コイル（２０）の高圧側の端子２１３が接続されていることから、二次コイル２２に発生した二次電圧が二次コイル１２に生じている二次電圧に重畳され、点火プラグ２へ供給する二次エネルギが増大する。
点火プラグ２の中心電極は端子１１３に接続されており、また点火プラグ２の接地電極は端子２１４に接続されていることから、点火プラグ２の両電極間には、上記の重畳された二次電圧、即ち直列接続された二次コイル１２と二次コイル２２の両端電圧が供給される。
Here, since the low voltage side terminal 114 of the first coil (10) and the high
Since the center electrode of the spark plug 2 is connected to the terminal 113, and the ground electrode of the spark plug 2 is connected to the terminal 214, the above-described secondary secondary electrode is interposed between both electrodes of the spark plug 2. A voltage, that is, a voltage across the
二次コイル２２の端子２１４から出力した二次電流は、高圧ダイオード２４および接地部分を介して点火プラグ２の接地電極へ流れ、当該点火プラグ２の電極間に生じている放電火花を持続させる。
この後、上記の二次電流は点火プラグ２の中心電極から二次コイル１２の端子１１３へ流れる。
二次電流は、第２コイル（２０）に二次電圧が発生した時点から上記のように電流経路Ｂを流れる。即ち、第２コイル（２０）が二次電圧を発生すると、第１コイル（１０）の二次コイル１２（端子１１４）から出力する二次電流は、電流経路Ａから電流経路Ｂへ切替えて流れるようになる。
なお、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）から同時に二次電圧を出力させたときには、二次電流は初めから電流経路Ｂを流れる。
The secondary current output from the
Thereafter, the secondary current flows from the center electrode of the spark plug 2 to the
The secondary current flows through the current path B as described above from the time when the secondary voltage is generated in the second coil (20). That is, when the second coil (20) generates a secondary voltage, the secondary current output from the secondary coil 12 (terminal 114) of the first coil (10) switches from the current path A to the current path B and flows. It becomes like this.
When the secondary voltage is output simultaneously from the first coil (10) and the second coil (20), the secondary current flows through the current path B from the beginning.
図２は、点火プラグに供給される二次電流を示す説明図である。図２（ａ）は直列接続された第１コイル（１０）および第２コイル（２０）によって生じる二次電流の経時変化を示したもので、横軸が放電持続時間を表し、縦軸が二次電流の値を表している。
図示した電流変化は、第１コイル（１０）を先に駆動して二次電圧を発生させ、この二次電圧が出力されている期間中に第２コイル（２０）を駆動して二次電圧を発生させたときのものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a secondary current supplied to the spark plug. FIG. 2 (a) shows the change over time of the secondary current generated by the first coil (10) and the second coil (20) connected in series. The horizontal axis represents the discharge duration and the vertical axis represents two. It represents the value of the secondary current.
In the illustrated current change, the first coil (10) is driven first to generate a secondary voltage, and the second coil (20) is driven during the period in which the secondary voltage is being output. This is when
点火プラグ２は、第１コイル（１０）から印加された二次電圧によって当該点火プラグ２の電極間で絶縁破壊が起り、放電火花を発生する。第１コイル（１０）から点火プラグ２へ出力している二次電圧は、点火プラグ２に絶縁破壊が発生すると急峻に低下し、点火プラグ２の電極間に放電電流が流れて第１コイル（１０）に発生した二次エネルギが放出される。
第１コイル（１０）から出力されている二次電圧と第２コイル（２０）から出力された二次電圧とを重畳したとき、直列接続された第１コイル（１０）と第２コイル（２０）の両端電圧は、第１コイル（１０）のみを駆動して二次電圧を点火プラグ２へ供給したときと同様に経時変化する。
In the spark plug 2, a dielectric breakdown occurs between the electrodes of the spark plug 2 due to the secondary voltage applied from the first coil (10), and a discharge spark is generated. The secondary voltage output from the first coil (10) to the spark plug 2 decreases sharply when dielectric breakdown occurs in the spark plug 2, and a discharge current flows between the electrodes of the spark plug 2 to cause the first coil ( The secondary energy generated in 10) is released.
When the secondary voltage output from the first coil (10) and the secondary voltage output from the second coil (20) are superimposed, the first coil (10) and the second coil (20) connected in series ) Is changed with time in the same manner as when only the first coil (10) is driven and the secondary voltage is supplied to the spark plug 2.
第１コイル（１０）が発生した二次エネルギによって点火プラグ２に流れる二次電流は、時間経過とともに減少して消滅する。このように二次電流が減少しているとき（二次コイル１２に発生した二次エネルギの出力が終了する前に）、第２コイル（２０）に二次エネルギを発生させ、これを第１コイル（１０）へ供給すると、図２（ａ）に示したように二つのピーク値が生じる。詳しくは、点火プラグ２に放電電流が生じた後、減少する二次電流が再び増加することにより、電流消滅までの時間が延長される。即ち、点火プラグ２に発生した放電火花の継続時間が延長される。
The secondary current flowing through the spark plug 2 by the secondary energy generated by the first coil (10) decreases with time and disappears. Thus, when the secondary current is decreasing (before the output of the secondary energy generated in the
ここで、第１コイル（１０）から出力する二次電流の最大値は、一次電流を通電・遮断した時点の電流値と、一次コイル１１と二次コイル１２の巻数比によって決定される。即ち、二次コイル１２に発生した二次エネルギは、上記の二次電流最大値を超えることなく放出され、二次電流の出力時間（放電持続時間）の経過に伴って減少する。
本実施例の内燃機関用点火コイルは、二次コイル１２と二次コイル２２を直列接続していることから、例えば、第１コイル（１０）から遅れて第２コイル（２０）に二次電圧を発生させると、このとき二次コイル２２に生じる二次エネルギは、第１コイル（１０）の二次エネルギ減少分を補充するように作用する。
Here, the maximum value of the secondary current output from the first coil (10) is determined by the current value at the time when the primary current is turned on and off, and the turn ratio of the primary coil 11 and the
Since the ignition coil for an internal combustion engine of the present embodiment has the
上記のように第１コイル（１０）が二次エネルギ（二次電流）を出力しているときに、第２コイル（２０）が発生した二次エネルギを供給すると、第１コイル（１０）の二次コイル１２から出力する二次電流は、前述の各条件によって定まる最大値を超えずに流れる。
また、第１コイル（１０）に第２コイル（２０）から二次エネルギを供給した場合、当該第１コイル（１０）の二次コイル１２から二次エネルギを全て放出するまでの所要時間が長くなる。即ち、前述のように点火プラグ２に発生した放電火花の継続時間が長くなる。
二次コイル１２と二次コイル２２とを直列接続した場合には、二次電流は例えば図２（ａ）に示したように経時変化し、第２コイル（２０）が二次エネルギを発生したときの第２の電流ピーク値は、先に第１コイル（１０）が二次エネルギを発生したときの第１のピーク値と同等またはそれ以下になる。
また、第１コイル（１０）と第２コイル（２０）に、同時に二次電圧を発生させた場合にも、第１コイル（１０）が単体で動作したときの二次電流最大値を超えることなく、直列接続された二次コイル１２および二次コイル２２から点火プラグ２へ二次電流が流れる。
なお、第２コイル（２０）が発生する二次エネルギは、第１コイル（１０）よりも小さいため、直列接続された二次コイル１２および二次コイル２２に流れる二次電流は、上記のように第１コイル（１０）の二次電流最大値を超えることなく流れる（経時変化する）。
When the secondary energy generated by the second coil (20) is supplied when the first coil (10) is outputting secondary energy (secondary current) as described above, the first coil (10) The secondary current output from the
Moreover, when secondary energy is supplied from the second coil (20) to the first coil (10), the time required until all the secondary energy is released from the
When the
Further, even when a secondary voltage is generated simultaneously in the first coil (10) and the second coil (20), the maximum secondary current value when the first coil (10) operates alone is exceeded. Instead, a secondary current flows from the
Since the secondary energy generated by the second coil (20) is smaller than that of the first coil (10), the secondary current flowing through the
図２（ｂ）は、２つの二次コイルを並列接続したとき、点火プラグに流れる二次電流の経時変化を示したもので、横軸が放電持続時間を表し、縦軸が二次電流の値を表している。
例えば、第１コイルの二次コイルと、第２コイルの二次コイルとを並列に接続した場合には、第１コイルと第２コイルの間で二次エネルギの供給等が行われず、第１コイルが発生した二次エネルギと第２コイルが発生した二次エネルギは、各々点火プラグへ供給される。
そのため、点火プラグには第１コイルから出力される二次電流と第２コイルから出力される二次電流を加算した電流が供給され、図２（ｂ）に示したように、点火プラグに流れる二次電流のピーク値が極めて大きくなる時点が生じる。
並列接続では、上記のように二次電流が極めて大きくなることから、第１コイルならびに第２コイルに蓄積されているエネルギも短時間で放出されてしまい、第１コイルから遅延させて第２コイルに二次電圧を発生させた場合でも、点火プラグに二次電流が流れる時間（放電持続時間）は、本実施例の二次コイル１２と二次コイル２２を直列接続したものに比べて短くなる。また、点火プラグへ供給する二次電流のピーク値が極めて大きくなることから、点火プラグの消耗を早め、損傷を生じる場合がある。
FIG. 2B shows the change over time of the secondary current flowing through the spark plug when two secondary coils are connected in parallel. The horizontal axis represents the discharge duration, and the vertical axis represents the secondary current. Represents a value.
For example, when the secondary coil of the first coil and the secondary coil of the second coil are connected in parallel, the secondary energy is not supplied between the first coil and the second coil, and the first coil The secondary energy generated by the coil and the secondary energy generated by the second coil are respectively supplied to the spark plug.
Therefore, a current obtained by adding the secondary current output from the first coil and the secondary current output from the second coil is supplied to the spark plug, and flows to the spark plug as shown in FIG. A point occurs when the peak value of the secondary current becomes extremely large.
In parallel connection, since the secondary current becomes extremely large as described above, the energy accumulated in the first coil and the second coil is also released in a short time, and the second coil is delayed from the first coil. Even when the secondary voltage is generated, the time during which the secondary current flows through the spark plug (discharge duration) is shorter than that of the
本実施例による内燃機関用点火コイルは、二次コイル１２と二次コイル２２とを直列接続し、二次コイル２２が発生した二次エネルギを二次コイル１２に供給しているので、このとき流れる二次電流は、二次コイル１２のみ、即ち第１コイル（１０）のみを用いて点火プラグ２に放電火花を発生させたときの二次電流の最大値を超えることはなく、点火プラグ２の消耗を抑制し、損傷を防ぐことができる。
また、上記のように二次電流の最大値が制限されることから、増大発生させた二次エネルギを緩やかに放出して点火プラグ２の放電時間を長くすることが可能になる。
In the ignition coil for an internal combustion engine according to the present embodiment, the
In addition, since the maximum value of the secondary current is limited as described above, it is possible to gradually release the increased secondary energy and lengthen the discharge time of the spark plug 2.
また、第２コイル（２０）が発生する二次エネルギの大きさを、定電圧ダイオード２５による一次電圧の制御によって調整している。このように第２コイル（２０）に発生する二次エネルギを調整することにより、第１コイル（１０）を介して点火プラグ２へ供給する二次エネルギを適当な大きさにすることができる。
また、大きな二次エネルギが必要ではないとき、第１コイル（１０）のみを駆動して二次電圧を発生させ、第１コイル（１０）から出力する二次電流を第２コイル（２０）へ流さずに点火プラグ２へ供給するようにしたので、第１コイル（１０）単体で点火動作を行うときに、エネルギの損失を抑制することができる。
Further, the magnitude of the secondary energy generated by the second coil (20) is adjusted by controlling the primary voltage by the
When large secondary energy is not required, only the first coil (10) is driven to generate a secondary voltage, and the secondary current output from the first coil (10) is sent to the second coil (20). Since it is supplied to the spark plug 2 without flowing, energy loss can be suppressed when the first coil (10) is ignited alone.
１直流電源
２点火プラグ
３ＥＣＵ
１０第１コイル
１１一次コイル
１２二次コイル
１３スイッチ素子
１４高圧ダイオード
２０第２コイル
２１一次コイル
２２二次コイル
２３スイッチ素子
２４高圧ダイオード
２５定電圧ダイオード
３０高圧電線
1 DC power supply 2
10 first coil 11
Claims (4)
を有する第１コイルと、
外部から直流電圧が印加される第２の一次コイル、前記制御手段からの点火信号に応じて前記第２の一次コイルに流れる第２の一次電流の通電・遮断を行う第２のスイッチ手段、前記第２の一次電流が通電・遮断されることにより第２の二次電圧を発生する第２の二次コイル、および、前記第２の一次コイルと前記第２の二次コイルとを巻線配置する鉄芯材、
を有する第２コイルと、
前記第１の二次コイルと前記第２の二次コイルとを直列に接続する高圧配線と、
を備え、
前記直列接続した第１の二次コイルおよび第２の二次コイルに点火プラグを接続し、
前記第２コイルは、
前記第２の二次コイルに発生する第２の二次電圧が所定電圧以下となるように、前記第２の一次コイルの両端電圧を制限する定電圧ダイオードを備える、
ことを特徴とする内燃機関用点火コイル。 A first primary coil to which a DC voltage is applied from the outside; a first switch means for energizing / cutting off a first primary current flowing through the first primary coil in response to an ignition signal from the control means; A first secondary coil that generates a first secondary voltage when one primary current is turned on and off, and the first primary coil and the first secondary coil are wound. Iron core,
A first coil having:
A second primary coil to which a DC voltage is applied from the outside; a second switch means for energizing / cutting off a second primary current flowing through the second primary coil in response to an ignition signal from the control means; A second secondary coil that generates a second secondary voltage by energizing / cutting off a second primary current, and winding arrangement of the second primary coil and the second secondary coil Iron core material,
A second coil having
High-voltage wiring connecting the first secondary coil and the second secondary coil in series;
With
A spark plug is connected to the first secondary coil and the second secondary coil connected in series ,
The second coil is
A constant voltage diode that limits a voltage across the second primary coil so that a second secondary voltage generated in the second secondary coil is equal to or lower than a predetermined voltage;
An ignition coil for an internal combustion engine.
前記第２の二次電圧が発生したとき高圧側となる前記第２の二次コイルの第１端と、
を前記高圧配線により接続し、
前記第１の二次電圧が発生したとき高圧側となる前記第１の二次コイルの第２端と前記点火プラグの一の電極とを接続し、
前記第２の二次電圧が発生したとき低圧側となる前記第２の二次コイルの第２端と前記点火プラグの他の電極とを接続した、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火コイル。 A first end of the first secondary coil that becomes a low voltage side when the first secondary voltage is generated;
A first end of the second secondary coil that becomes a high voltage side when the second secondary voltage is generated;
Are connected by the high-voltage wiring,
Connecting the second end of the first secondary coil which is on the high voltage side when the first secondary voltage is generated and one electrode of the spark plug;
When the second secondary voltage is generated, the second end of the second secondary coil that is on the low voltage side and the other electrode of the spark plug are connected,
The ignition coil for an internal combustion engine according to claim 1.
前記第１コイルの第１の二次コイルに二次電流の流れる方向を定める高圧ダイオードを接続した、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火コイル。 Having a voltage resistance corresponding to a second secondary voltage generated in the second coil;
A high voltage diode that determines a direction in which a secondary current flows is connected to the first secondary coil of the first coil.
The ignition coil for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , characterized by the above.
前記第１スイッチ手段による前記第１の一次電流の通電・遮断のタイミングと同時、または該タイミングから遅延して前記第２スイッチ手段による前記第２の一次電流の通電・遮断を行い、
前記第１コイルの第１の二次コイルに前記第２コイルの第２の二次コイルに発生した二次エネルギを供給する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関用点火コイル。 According to the first ignition signal and the second ignition signal input from the control means,
Energization / interruption of the second primary current by the second switch means at the same time as or delaying from the timing of energization / interruption of the first primary current by the first switch means ,
Supplying secondary energy generated in the second secondary coil of the second coil to the first secondary coil of the first coil;
The ignition coil for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein
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