JP6401011B2 - 内燃機関用多重点火装置 - Google Patents
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Description
そこで、従来から所定の点火時期に、一回の燃焼行程において、点火コイルの一次コイルに複数回通電し、点火プラグに複数回放電を行わせる多重点火装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
点火コイルが上記のように通電と放電を繰り返し行うことで、一回の燃焼行程において点火プラグが高電圧放電を繰り返し、筒内に複数の火炎核が形成されて火炎核同士が結合・拡大することで筒内ガスの燃焼が促進する。
また、その下段には、当該多重点火装置を構成する点火コイルの、一次コイルに流れる一次電流の導通・遮断を制御する一次コイル通電信号、その下段に上記点火コイルの二次コイルから出力される二次電流、その下段に上記点火コイルの一次コイルに流れる一次電流の各経時変化を示している。
点火信号がハイレベルからローレベルへ遷移した後、制御CPUからマルチ点火信号が出力され、このマルチ点火信号のスイッチ制御により、所定の時間間隔をもって一次電流の導通と遮断が繰り返される。
外部からの点火信号に応じて流れた初回の一次電流が、当該点火信号のレベル遷移に伴ってスイッチ手段が遮断すると、その後、上記の制御CPUからのマルチ点火信号に応じて、一次電流の導通と遮断が所定の時間間隔で繰り返される。
このように一次電流を流したときに点火コイルから出力される二次電流は、初回放電の時間長さをt201としたとき、初回以降の各回の時間長さはt201である。なお、最終回の二次電流が流れる時間長さはt201ではなく、当該二次電流が消滅するまでの時間となる。
換言すると、従来の多重点火装置は、上記の制御CPUによってマルチ放電の各回の放電時間長さを一定に固定して制御しており、最終回の放電を除いて初回ならびにそれ以降の各放電は、放電時間長さ、また各放電間隔等も一定値に固定されている。
そのため、二次電流を検出して一定に制御することが考えられる。しかしながら、二次電流は筒内のガス流動などが影響して乱れやすく、当該二次電流を正確に検知することは困難であるという問題点があった。
本発明は、一次電流の遮断電流値を制御することにより、二次電流が所定値となるように制御するものである。
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1による内燃機関用多重点火装置の構成を示す概略回路図である。図示した内燃機関用多重点火装置は、直流電圧を供給する電源1、一次コイル21および二次コイル22によって構成された点火コイル2、一次コイル21に流れる一次電流の導通・遮断を行うスイッチ手段3、多重点火(マルチ点火)を行うためのマルチ点火信号を生成し、スイッチ手段3の接点の開閉動作を制御するマルチ放電制御手段4、一次コイル21に流れる一次電流を検出する一次電流検出手段5を備えている。
また、図示した内燃機関用多重点火装置は、二次コイル22の一端に高圧ダイオード6を接続し、当該二次コイル22の他端に点火プラグ7を接続するように構成されている。
一次コイル21の他端には、例えばIGBT等の半導体スイッチからなるスイッチ手段3の開閉接点の一端が接続されている。
スイッチ手段3の開閉接点の他端は、一次電流検出手段5の入力端に接続されており、上記の一次コイル21の他端は、スイッチ手段3および一次電流検出手段5を介して接地接続されている。
マルチ放電制御手段4は、具体的にはプロセッサやメモリなどのデバイスからなり、制御CPU等を含めて構成されたものである。このマルチ放電制御手段4は、外部から入力した点火信号を用いて、予め記憶・設定された制御内容に則してマルチ点火信号を生成し、スイッチ手段3のスイッチ動作(開閉接点の動作)を制御するように構成されている。
図2は、実施例1の内燃機関用手多重点火装置の動作を示す説明図である。この図は、一回の燃焼行程の中で複数回の放電点火を行うマルチ点火動作を示すタイミングチャートであり、図中、最上段に外部から入力する点火信号を示し、その下段にマルチ放電制御手段4(制御CPU)が生成するマルチ点火信号を示している。
また、その下段には、マルチ放電制御手段4からスイッチ手段3へ出力される一次コイル通電信号、その下段に二次コイル22から出力放電される二次電流、その下段に一次コイル21に流れる一次電流の各経時変化を示している。
スイッチ手段3は、入力した一次コイル通電信号がローレベルからハイレベルに遷移すると、開閉接点を閉状態として一次コイル21に一次電流を通電させる。スイッチ手段3が閉状態の間、一次コイル21に流れる一次電流は時間経過に伴って増大する。
なお、一次電流の通電を開始したとき二次コイル22に誘起する電圧は、前述のように接続された高圧ダイオード6の極性に対して逆方向に生じるため、点火プラグ7には印加されない。
通電時間t10は、後述する制御目標電流値よりも大きな一次電流が流れるように、2回目以降の一次電流通電時間よりも長く設定されたものである。
マルチ放電制御手段4は、一次電流検出手段5からの一次電流検出信号を入力して、一次コイル21に流れる一次電流の大きさを監視しており、後述する一次電流の定電流制御を行う。この定電流制御に先立ち、初回の一次電流の通電・遮断を、前述のように外部から入力した点火信号に応じて行う。換言すると、一次コイル通電信号の最初期部分は外部からの点火信号であり、初回の通電時間t10は当該点火信号を出力したECU等によって設定された時間長さである。
マルチ放電制御手段4は、外部からの点火信号が一次電流の遮断を示すと、これに続けて図2に示したマルチ点火信号を含む一次コイル通電信号を出力し、マルチ放電に関する制御を実施する。
上記のように、初回の放電によって流れた二次電流は、一次コイル通電信号(マルチ点火信号の初回の有意部分)に応じてスイッチ手段3が開状態から閉状態に遷移し、2回目の一次電流通電が開始すると消滅する。
ここで、外部からの点火信号に応じて行われた初回の二次電流放電の時間長さをt21とする。
実施例1による多重放電点火装置は、上記のように制御目標電流値以上になることが可能な、マルチ放電期間の初期に短い通電時間(後述する最小の通電時間)を設定し、当該マルチ放電期間内の放電回数を多くすることにより着火機会を増大したものである。
マルチ放電制御手段4は、初回放電の後、即ち2回目以降のマルチ放電を行う際に一次電流の定電流制御を行う。
この定電流制御は、一次電流検出信号の示す電流値が、予め設定されている一次電流の制御目標電流値となるように、一次電流の通電時間t12(時間長さ)を調整することによって行うものである。
上記の制御目標電流値は、一次電流を当該電流値に達するまで通電したとき、所望の大きさ(例えば、筒内ガスの燃焼を維持する、または着火することが可能な大きさ)の二次電流を二次コイル22から出力することが可能になる大きさである。
そこで、実施例1のマルチ放電制御手段4は、予め設定されている通電時間の最小値(最小の通電時間)を示すマルチ点火信号を生成し、当該マルチ点火信号に同期している一次コイル通電信号を出力する。ここで、上記の最小の通電時間長さをt11とする。
最小の通電時間t11は、任意に設定された時間長さ(期間)であり、ノイズの影響を避けられる時間長さを定めたものである。通電時間を最小に制御するのは、検出した一次電流が制御目標電流値よりも高い状態であり、筒内ガスの燃焼を継続させる二次側高電圧を発生する遮断電流が、充分得られる状態である。
最小の通電時間t11における一次電流は、定電流制御時の一次電流値(制御目標電流値)よりも大きな、もしくは同等な大きさを有している。換言すると、初回の通電時間t10において点火コイル2に蓄積されたエネルギが大きいため、2回目以降の一次電流通電に影響して最小の通電時間t11の通電でも上記のような一次電流値に達する。
また、予め一次電流の最大通電時間(時間長さ)を設定しておき、通電した一次電流が制御目標電流値に達する前に最大通電時間を経過したときには、そのまま一次電流を遮断するようにしてもよい。
上記の最大通電時間は、一次電流の通電時間が長くなると点火コイル2ならびにスイッチ手段3等の発熱が大きくなることから、当該発熱を低減するために設けている。
上述のことから、マルチ放電制御手段4が例えば2回目以降の一次電流の通電時間を制御するとき、前述の最小通電時間ならびに最大通電時間で定められる範囲内で通電時間を調整するようにしてもよい。
詳しくは、マルチ放電制御手段4は、5回目以後の各回の一次電流通電において、スイッチ手段3を閉状態に制御して一次電流を通電させた後、一次電流検出手段5から入力した一次電流検出信号の示す電流値が制御目標電流値に達すると、スイッチ手段3を開状態に遷移させる。即ち、当該マルチ放電制御手段4の制御CPUは、マルチ点火信号を生成するとき、有意を示す信号パルス幅を変更し、一次電流の通電時間t12を変更・調整する。
図2に例示した動作では、マルチ放電制御手段4は、二次電流の2回目以降の放電時間t21を一定の時間長さとするように、マルチ点火信号の有意を示す各パルス間の間隔(一次電流の遮断時間長さ)を、一定に固定して当該信号を生成している。
なお、最終回の放電では、マルチ点火信号もしくは一次コイル通電信号によって放電時間の長さが制限されず、点火コイル2に生じた起電力が消滅するまで持続させている。
また、初回の通電において制御目標電流値よりも大きな電流を流すように制御することによって、初回以後のマルチ放電を多数回行うことができる。
また、実施例1の内燃機関用多重点火装置は、2回目以降の一次電流通電について、一次電流検出手段5の検出した電流値が制御目標電流値以上であるとき、予め設定されている最小通電時間を用いて一次電流を制御する。
このように制御することにより、定電流制御を行っている最中に何れかの要因によって一次電流値が増大したときでも、マルチ放電期間の終了時点まで繰り返す各放電を安定させることができる。
また、最大通電時間を設定して一次電流を通電するようにしたので、一次電流が予め設定した制御目標電流値に達するまで長時間を要する場合が生じても、点火コイル2ならびにスイッチ手段3等の損傷を防ぐことができる。
本発明の実施例2による内燃機関用多重点火装置は、図1に示したものと同様に構成されており、マルチ放電制御部4による制御動作が実施例1と異なる。
ここでは、実施例1と同様な構成について重複説明を省略し、また、実施例1の説明で用いた符号を同一あるいは相当する部分に使用して説明する。
図3は、実施例2の内燃機関用多重点火装置の動作を示す説明図である。この図は、図2と同様に、一回の燃焼行程の中で複数回の放電点火を行うマルチ放電動作を示すタイミングチャートである。
図中、最上段に外部から入力する点火信号を示し、その下段に実施例2によるマルチ放電制御手段4(制御CPU)が生成するマルチ点火信号を示している。
また、その下段には、マルチ放電制御手段4からスイッチ手段3へ出力される一次コイル通電信号、その下段に二次コイル22から出力される二次電流、その下段に一次コイル21に流れる一次電流の各経時変化を示している。
この後、当該マルチ放電制御手段4は、初回の二次電流出力が放電時間t23となるようにスイッチ手段3を制御し、2回目以降の放電を行うための制御を実施する。具体的には、マルチ放電制御手段4の制御CPUが放電時間t23の経過後から2回目以降のマルチ放電を行うマルチ点火信号を生成する。
このとき生成したマルチ点火信号は、2回目以降の各放電時間を予め設定した一定の時間長さに固定するものである。ここで、2回目以降の放電時間長さをt24とする。
換言すると、放電時間t23は、筒内ガスの着火性に対応させた大きさの放電エネルギを放出するための時間長さである。
なお、最終回の放電については、実施例1と同様に、放電時間長さを制限する制御を行っていない。
ここで、2回目以降の各一次電流通電の時間長さをt13とする。
なお、上記の制御目標電流値も実施例1で説明したものと同様なものである。
また、実施例2の定電流制御においても、マルチ放電信号のパルス間隔、即ち、二次電流の放電時間t24は、予め設定された一定の時間長さであり、放電時間を固定した制御が行われる。
なお、最終回の放電は、マルチ点火信号もしくは一次コイル通電信号によって放電時間の長さが制限されず、点火コイル2に生じた起電力が消滅するまで持続させる。
また、2回目以降の一次電流通電について定電流制御を行い、各回の二次電流放電を行うようにしたので、筒内ガスを燃焼させることに対して十分なエネルギを、各回の放電に用いることができる。
これらは装置構成が同様であることから、内燃機関の運転状況に応じてマルチ放電制御手段4の制御内容を適宜切替えることも可能である。
このマルチ放電制御手段4に、ECU等から内燃機関の運転状況を示す制御信号、または、使用するマルチ放電の制御モードを指示する制御信号を入力する。
マルチ放電制御手段4は、入力した制御信号が示す内容に応じていずれかの制御モードを実行し、初回の放電時間および2回目以降の放電時間を定め、これらの放電時間を実施するための一次電流通電の制御を行う。
このように、内燃機関の運転状況、例えばEGR量や筒内ガスの流動状況などに応じて、特に初回の放電時間の長さを変更するようにしてもよい。
2点火コイル
3スイッチ手段
4マルチ放電制御手段
5一次電流検出手段
6高圧ダイオード
7点火プラグ
21一次コイル
22二次コイル
Claims (3)
- 一次コイルに通電した電流を遮断することで、二次コイルに高電圧を発生する点火コイルを有し、一の点火時期に前記一次コイルに複数回通電して点火プラグに複数回の放電を行わせる内燃機関用多重点火装置であって、
前記一次電流の通電ならびに遮断を行うスイッチ手段と、
前記スイッチ手段の接点開閉動作を制御する点火制御手段と、
前記一次電流を検出する一次電流検出手段と、
を備え、
前記点火制御手段は、
予め設定された最小通電時間から最大通電時間の範囲内で前記一次電流の通電時間を設定し、
外部から入力した点火信号が示す前記一の点火時期について、初回の一次電流の通電・遮断を行うように前記スイッチ手段の動作を制御し、
前記初回の一次電流の通電・遮断後に行う2回目以降の複数回の放電動作を示すマルチ点火信号を生成して、該マルチ点火信号が示す通電時間ならびに遮断時間で前記スイッチ手段の動作を制御し、
前記マルチ点火信号を生成するとき、前記一次電流検出手段から入力する一次電流遮断時の電流値が予め設定された制御目標電流値となる通電時間を示すように生成する、
ことを特徴とする内燃機関用多重点火装置。 - 前記点火制御手段は、
前記外部から入力した点火信号が示す一の点火時期について初回の一次電流の通電・遮断を行い、2回目以降の複数回の放電動作を示すマルチ点火信号を生成するときの前記制御目標電流値を、該初回の一次電流遮断時の電流値よりも小さくなるように前記スイッチ手段を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用多重点火装置。 - 一次コイルに通電した電流を遮断することで、二次コイルに高電圧を発生する点火コイルを有し、一の点火時期に前記一次コイルに複数回通電して点火プラグに複数回の放電を行わせる内燃機関用多重点火装置であって、
前記一次電流の通電ならびに遮断を行うスイッチ手段と、
前記スイッチ手段の接点開閉動作を制御する点火制御手段と、
前記一次電流を検出する一次電流検出手段と、
を備え、
前記点火制御手段は、
外部から入力した点火信号が示す前記一の点火時期について、初回の一次電流の通電・遮断を行うように前記スイッチ手段の動作を制御し、
前記初回の一次電流の通電・遮断後に行う2回目以降の複数回の放電動作を示すマルチ点火信号を生成して、該マルチ点火信号が示す通電時間ならびに遮断時間で前記スイッチ手段の動作を制御し、
前記マルチ点火信号を生成するとき、前記一次電流検出手段から入力する一次電流遮断時の電流値が予め設定された制御目標電流値となる通電時間を示すように生成し、
初回の放電が、筒内ガスの着火性に対応させた放電エネルギを放出する時間長さであり、2回目以降の複数回の放電動作を示す前記マルチ点火信号の放電時間よりも長くなるように前記スイッチ手段を制御する、
ことを特徴とする内燃機関用多重点火装置。
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