JP4367230B2 - Ignition system for capacitor discharge internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関するものである。 The present invention relates to a capacitor discharge type ignition device for an internal combustion engine.
内燃機関用点火装置として、コンデンサ放電式の点火装置が用いられている。この種の点火装置は、例えば特許文献1に示されているように、点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、点火用コンデンサを一方の極性に充電する点火電源部と、点火トリガ信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に放電用スイッチに点火トリガ信号を与える点火制御装置とを備えている。 A capacitor discharge ignition device is used as an ignition device for an internal combustion engine. This type of ignition device includes, for example, an ignition coil, an ignition capacitor provided on the primary side of the ignition coil, and an ignition power supply unit that charges the ignition capacitor with one polarity as disclosed in Patent Document 1 A discharge switch that conducts when the ignition trigger signal is applied and discharges the electric charge accumulated in the ignition capacitor through the primary coil of the ignition coil, and an ignition trigger signal to the discharge switch at the ignition timing of the internal combustion engine. And an ignition control device.
この種の点火装置では、点火電源部が、例えば、内燃機関により駆動される発電機内に設けられた発電コイルや、バッテリとその出力電圧を昇圧するコンバータからなっていて、この点火電源部の出力電圧により点火用コンデンサが二百数十ボルトまで充電される。点火制御装置は、機関の回転速度等の制御条件に対して内燃機関の点火時期を決定し、決定した点火時期を検出したときに放電用スイッチに点火トリガ信号を与える。放電用スイッチは点火トリガ信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させ、この放電により点火コイルの一次コイルに高い電圧を誘起させる。この電圧が、点火コイルの一次、二次間の巻数比により昇圧されて、点火コイルの二次コイルに30kV程度の点火用高電圧が誘起させられる。点火コイルの二次コイルに誘起した点火用高電圧は、機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じて機関が点火される。 In this type of ignition device, the ignition power supply unit includes, for example, a power generation coil provided in a generator driven by an internal combustion engine, a battery, and a converter that boosts the output voltage thereof. With the voltage, the ignition capacitor is charged to 200 to tens of volts. The ignition control device determines the ignition timing of the internal combustion engine with respect to control conditions such as the engine speed, and provides an ignition trigger signal to the discharge switch when the determined ignition timing is detected. The discharge switch conducts when an ignition trigger signal is given, and discharges the electric charge accumulated in the ignition capacitor through the primary coil of the ignition coil, and this discharge induces a high voltage in the primary coil of the ignition coil. This voltage is boosted by the primary / secondary turns ratio of the ignition coil, and an ignition high voltage of about 30 kV is induced in the secondary coil of the ignition coil. Since the high voltage for ignition induced in the secondary coil of the ignition coil is applied to a spark plug attached to the cylinder of the engine, a spark discharge is generated in the spark plug and the engine is ignited.
コンデンサ放電式の点火装置においては、放電用スイッチを含む回路要素により、点火コイルの一次側に、点火用コンデンサの電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電回路が構成される。この放電回路としては、点火コイルの一次コイルに正負に交番する放電電流を流すAC放電回路と、点火コイルの一次コイルに一方向の放電電流のみを流すDC放電回路とが用いられている。特許文献1にも記載されているように、AC放電回路を構成する場合には、放電用スイッチの両端にダイオードが逆並列接続される。またDC放電回路を構成する場合には、点火コイルの一次コイルに対して並列にダンパダイオードが接続される。
In the capacitor discharge type ignition device, a discharge circuit that discharges the charge of the ignition capacitor through the primary coil of the ignition coil is configured on the primary side of the ignition coil by the circuit element including the discharge switch. As this discharge circuit, an AC discharge circuit that allows a discharge current that alternates between positive and negative to the primary coil of the ignition coil and a DC discharge circuit that allows only a one-way discharge current to flow to the primary coil of the ignition coil are used. As described in
DC放電回路を構成したコンデンサ放電式の点火装置においては、放電用スイッチが導通した際に点火用コンデンサから放電用スイッチと点火コイルの一次コイルとを通して流れる一次電流(放電電流)がピークに達して点火コイルの一次コイルからダンパダイオードに順方向電圧が印加されるようになったときに、一次コイルからダンパダイオードを通して一次電流が流れるようになる。この一次電流は徐々に減衰していき、点火動作が終了した後も流れ続ける。ダンパダイオードを通して一次電流が流れ続ける時間は、点火コイルの一次側のインダクタンスが大きければ大きいほど長くなる。
コンデンサを放電させる回路として、DC放電回路を用いたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置においては、機関の回転速度が上昇して点火周波数(1/点火周期)が高くなっていったときに、点火コイルの一次コイルからダンパダイオードを通して流れる一次電流が十分に減衰しきらないうちに、新たな点火動作が行われるため、一次電流が残留している状態で点火動作が開始されることになり、その分点火用コンデンサの放電時に生じる電流の時間的変化率が小さくなって、点火コイルの一次コイルに誘起する電圧が低下する。点火コイルの一次コイルの誘起電圧が低下すると、点火コイルの二次誘起電圧が低下するため、点火性能が低下する。特に点火コイルとして一次側のインダクタンスが大きいものを用いる場合に、ダンパダイオードを通して流れる一次電流が減衰するのに時間がかかるため、点火動作開始時に残留している一次電流が増え、機関の高速回転時の点火性能の低下が無視できないものとなる。 In a capacitor discharge type internal combustion engine ignition device using a DC discharge circuit as a circuit for discharging a capacitor, ignition is performed when the engine speed increases and the ignition frequency (1 / ignition cycle) increases. A new ignition operation is performed before the primary current flowing through the damper diode from the primary coil of the coil is sufficiently attenuated, so the ignition operation is started with the primary current remaining. The rate of change with time of the current generated during the discharge of the minute ignition capacitor is reduced, and the voltage induced in the primary coil of the ignition coil is reduced. When the induced voltage of the primary coil of the ignition coil is lowered, the secondary induced voltage of the ignition coil is lowered, so that the ignition performance is lowered. Especially when an ignition coil with a large primary inductance is used, it takes time to attenuate the primary current flowing through the damper diode, so that the primary current remaining at the start of the ignition operation increases and the engine is running at high speed. The decrease in ignition performance is not negligible.
本発明の目的は、ダンパダイオードを通して流れる一次電流により点火性能が低下するのを防ぐことができるようにしたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a capacitor discharge type internal combustion engine ignition device capable of preventing a reduction in ignition performance due to a primary current flowing through a damper diode.
本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に係わるもので、本発明においては、点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、点火用コンデンサを一方の極性に充電する点火電源部と、点火トリガ信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に放電用スイッチに点火トリガ信号を与える点火制御装置と、ダンパダイオードと、オン状態にあるときにダンパダイオードに順方向電流が流れるのを許容するように、ダンパダイオードに対して直列に接続されたオンオフ制御が可能なダンパ電流制御用スイッチとを備えて、点火時期に点火用コンデンサの放電が開始された際に点火コイルの一次コイルに誘起する電圧がダンパダイオードに逆方向に印加される向きにして点火コイルの一次コイルの両端に並列に接続されたダンパ回路と、点火時期よりも前にダンパ電流制御用スイッチがオフ状態になる期間を生じさせ、少なくとも前記点火コイルに二次電流が流れている間はダンパ電流制御用スイッチをオン状態に保持するように前記ダンパ電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御手段とが設けられる。 The present invention relates to a capacitor discharge type ignition device for an internal combustion engine. In the present invention, the ignition coil, an ignition capacitor provided on the primary side of the ignition coil, and the ignition capacitor are charged to one polarity. An ignition power supply unit, a discharge switch that is turned on when an ignition trigger signal is applied, and discharges the electric charge accumulated in the ignition capacitor through the primary coil of the ignition coil, and the ignition timing of the internal combustion engine An ignition control device for providing an ignition trigger signal to the discharge switch, a damper diode, and a damper diode connected in series so as to allow a forward current to flow through the damper diode when in an on state. A damper current control switch that can be turned on and off, and when the ignition capacitor starts discharging at the ignition timing, The damper circuit connected in parallel to both ends of the primary coil of the ignition coil so that the voltage induced in the primary coil is applied to the damper diode in the reverse direction, and the damper current control switch is turned off before the ignition timing And a switch control means for controlling the damper current control switch so as to maintain the damper current control switch at least during the period when the secondary current flows through the ignition coil. It is done.
上記のように、ダンパダイオードと該ダンパダイオードに対して直列に接続したダンパ電流制御用スイッチとによりダンパ回路を構成して、点火時期よりも前にダンパ電流制御用スイッチをオフ状態にする期間を生じさせるようにすると、ダンパダイオードを通して一次電流が流れていない状態で点火用コンデンサの放電を開始させて点火動作を行わせることができるため、点火コイルとして一次側のインダクタンスが大きいものを用いる場合に、ダンパダイオードを通して流れる一次電流の存在により点火性能が低下するのを防ぐことができる。 As described above, a damper circuit is constituted by the damper diode and the damper current control switch connected in series with the damper diode, and the period during which the damper current control switch is turned off before the ignition timing is set. If this occurs, the ignition operation can be started by starting the discharge of the ignition capacitor in a state where the primary current does not flow through the damper diode, so when using an ignition coil having a large primary side inductance Therefore, it is possible to prevent the ignition performance from being deteriorated due to the presence of the primary current flowing through the damper diode.
本発明の好ましい態様では、内燃機関の点火時期に相当するクランク角位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置で基準パルスを発生する信号発生器が設けられる。また点火制御装置は、基準クランク角位置を基準にして内燃機関の点火時期を検出して点火トリガ信号を発生するように構成され、ダンパ電流制御用スイッチは駆動信号が与えられている間オン状態になり、該駆動信号が与えられていないときにオフ状態になるスイッチ素子により構成される。この場合、スイッチ制御手段は、基準パルスが発生したときにダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を停止させ、点火時期よりも前に該ダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を再開させるように構成される。 In a preferred aspect of the present invention, a signal generator is provided for generating a reference pulse at a reference crank angle position set at a position advanced from a crank angle position corresponding to the ignition timing of the internal combustion engine. The ignition control device is configured to generate an ignition trigger signal by detecting the ignition timing of the internal combustion engine with reference to the reference crank angle position, and the damper current control switch is in the on state while the drive signal is applied. The switch element is turned off when the drive signal is not applied. In this case, the switch control means stops supplying the drive signal to the damper current control switch when the reference pulse is generated, and resumes supplying the drive signal to the damper current control switch before the ignition timing. Configured to let
以上のように、本発明によれば、ダンパダイオードと該ダンパダイオードに対して直列に接続したダンパ電流制御用スイッチとによりダンパ回路を構成して、点火時期よりも前にダンパ電流制御用スイッチをオフ状態にする期間を生じさせるようにしたので、ダンパダイオードを通して一次電流が流れていない状態で点火用コンデンサの放電を開始させて点火動作を行わせることができ、点火コイルとして一次側のインダクタンスが大きいものを用いる場合に、ダンパダイオードを通して流れる一次電流の存在により点火性能が低下するのを防ぐことができる。 As described above, according to the present invention, a damper circuit is constituted by the damper diode and the damper current control switch connected in series with the damper diode, and the damper current control switch is provided before the ignition timing. Since the period for turning off is generated, it is possible to start the ignition operation by starting the discharge of the ignition capacitor in a state where the primary current does not flow through the damper diode, and the primary side inductance as the ignition coil In the case of using a large one, it is possible to prevent the ignition performance from deteriorating due to the presence of the primary current flowing through the damper diode.
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明に係わる点火装置は2サイクル内燃機関にも4サイクル内燃機関にも適用することができ、またいかなる気筒数を有する内燃機関にも適用することができるが、以下の説明では、内燃機関が2サイクル機関であるとし、機関の気筒数が1であるとする。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The ignition device according to the present invention can be applied to a two-cycle internal combustion engine and a four-cycle internal combustion engine, and can also be applied to an internal combustion engine having any number of cylinders. It is assumed that the engine is a two-cycle engine and the number of cylinders of the engine is 1.
図1は本発明の第1の実施形態の構成を示したもので、同図において、1は鉄心に一次コイル1a及び二次コイル1bを巻回してなる点火コイルである。点火コイルの一次コイル1aの一端及び二次コイル1bの一端は接地され、二次コイル1bの他端は機関の気筒に取り付けられた点火プラグ2の非接地側端子に接続されている。
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
3は点火コイルの一次コイル1aの他端に一端が接続されることにより一次コイル1aに直列に接続された点火用コンデンサ、4は点火用コンデンサ3と一次コイル1aとの直列回路に対して並列に接続された放電用スイッチである。図示の例では、点火用コンデンサ3の他端にアノードが接続され、カソードが接地されたサイリスタThにより放電用スイッチ4が構成されている。放電用スイッチを構成するサイリスタThは、そのゲートに点火トリガ信号Viが与えられたときに導通状態になって点火用コンデンサ3の電荷を一次コイル1aを通して放電させる。サイリスタThのゲートカソード間には抵抗5及びコンデンサ6が並列に接続されている。
3 is an ignition capacitor connected in series to the primary coil 1a by connecting one end to the other end of the primary coil 1a of the ignition coil, and 4 is parallel to the series circuit of the
7は内燃機関のクランク軸に回転子が取り付けられた磁石発電機内に設けられて一端が接地された発電コイルで、この発電コイルは、機関の回転に同期して正の半波の電圧Ve1と負の半波の電圧Ve2とを発生する。発電コイル7の両端には、ダイオード8を通して昇圧回路9が接続され、昇圧回路9の両端に定電圧回路10が接続されている。
Reference numeral 7 denotes a generator coil provided in a magnet generator having a rotor attached to a crankshaft of an internal combustion engine and grounded at one end. This generator coil is connected to a positive half-wave voltage Ve1 in synchronization with the rotation of the engine. A negative half-wave voltage Ve2 is generated. A
昇圧回路9は、発電コイル7からダイオード8を通して正の半波の電圧Ve1が印加されたときに導通して発電コイル7をダイオード8を通して短絡する昇圧用スイッチと、発電コイル7を通して流れる短絡電流が設定値に達したときに昇圧用スイッチを遮断状態にする昇圧用スイッチ制御回路とを備えていて、昇圧用スイッチが遮断状態になったときに発電コイル7に二百数十ボルトの高い電圧を誘起させる。昇圧回路9により昇圧された発電コイルの正の半波の電圧はダイオード11を通して点火用コンデンサ3と点火コイルの一次コイルとの直列回路の両端に印加されている。
The step-up
定電圧回路10は点火用コンデンサ3の充電電圧Vcが設定値を超えないように制御する回路で、この定電圧回路は例えば、オン状態になったときに発電コイル7の正の半波の出力電圧をダイオード8を通して短絡する発電出力短絡用スイッチと、コンデンサ3の充電電圧Vcが設定値を超えたときに該短絡用スイッチをオン状態にする制御回路とにより構成される。この例では、発電コイル7と、ダイオード8及び11と、昇圧回路9と、定電圧回路10とにより点火用コンデンサ3を充電する充電電源部12が構成されている。
The
13は、ダンパダイオード14と、ダンパダイオード14に直列に接続されたダンパ電流制御用スイッチ15とからなるダンパ回路で、このダンパ回路は、点火用コンデンサ3に蓄積された電荷がサイリスタ4と点火コイルの一次コイル1aとを通して放電を開始した際に一次コイル1aに誘起する電圧が、ダンパダイオード14に逆方向に印加される向きにして、一次コイル1aの両端に並列に接続されている。図示のダンパ電流制御用スイッチ15は、ダンパダイオード14のカソードにドレインが接続され、ソースが接地されたMOSFET F1からなっている。
A
16は、内燃機関の点火時期に相当するクランク角位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置で基準パルスVs1を発生する信号発生器である。信号発生器16は、例えば、機関のクランク軸と共に回転するロータに設けられたリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して極性が異なるパルスを発生するものである。本実施形態では、この信号発生器がリラクタの前端側エッジを検出したときに発生するパルスを基準パルスVs1として用いる。信号発生器16が発生するパルスは点火制御装置17に入力されている。
A
点火制御装置17は、マイクロプロセッサを備えていて、該マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、点火信号発生手段18と、スイッチ制御手段19とを構成する。
The
点火信号発生手段18は、放電用スイッチ4に与える点火トリガ信号Viを発生する手段で、この点火信号発生手段は、例えば、信号発生器16が出力するパルスの発生間隔から機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、機関の回転速度等の制御条件に対して内燃機関の点火時期を決定する点火時期決定手段と、決定した点火時期を、信号発生器16が基準パルスを発生する基準クランク角位置を基準にして検出するための処理を行わせて、点火時期を検出したときに点火トリガ信号Viを出力するトリガ信号出力手段とにより構成される。
The ignition signal generating means 18 is a means for generating an ignition trigger signal Vi to be supplied to the discharge switch 4, and this ignition signal generating means detects, for example, the rotational speed of the engine from the pulse generation interval output from the
スイッチ制御手段19は、内燃機関の点火時期よりも前にダンパ電流制御用スイッチ15がオフ状態になる期間を生じさせ、少なくとも点火コイル1に二次電流が流れている間(点火プラグで火花放電が生じている間)ダンパ電流スイッチ15をオン状態に保持するように、ダンパ電流制御用スイッチ15を制御する手段である。ダンパ電流制御用スイッチ15をオフ状態にするタイミングを決める方法は種々考えられるが、本実施形態では、基準パルスVs1が発生したときにダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を停止させ、点火時期よりも前に該ダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を再開させるように、スイッチ制御手段が構成されている。従ってダンパ電流制御用スイッチ15は、点火時期より前に短い期間の間だけオフ状態にされ、その他の期間はオン状態に保持される。
The switch control means 19 generates a period in which the damper
図1に示された点火装置においては、放電用スイッチ4がオフ状態にあるときに、昇圧回路9により昇圧された発電コイル7の正の半波の誘起電圧により、発電コイル7−ダイオード8及び11−点火用コンデンサ3−点火コイルの一次コイル1a−ダンパダイオード14−ダンパ電流制御用スイッチ15−発電コイル7の経路で点火用コンデンサ3が図示の極性に充電される。次いで発電コイル7が負の半波の電圧を出力している期間に設定された点火時期に放電用スイッチ4を構成するサイリスタThに点火トリガ信号Viが与えられる。放電用スイッチ4に点火トリガ信号が与えられると、該放電用スイッチ4が導通するため、点火用コンデンサ3に蓄積された電荷が放電用スイッチ4と点火コイルの一次コイル1aとを通して放電する。
In the ignition device shown in FIG. 1, when the discharge switch 4 is in an OFF state, the generator coil 7-the diode 8 and the diode 8 and the positive half-wave induced voltage of the generator coil 7 boosted by the
点火用コンデンサ3の放電が開始されると、点火コイルの一次コイル1aに一次電流が流れる。このとき一次コイル1aには、一次電流が流れるのを妨げる向きの高い電圧が誘起し、この電圧が点火コイルの一次、二次間の昇圧比により昇圧されて点火コイルの二次コイル1bに点火用の高電圧が誘起する。この高電圧は点火プラグ2に印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じて機関が点火される。放電用スイッチ4を構成するサイリスタThは、そのアノード電流が保持電流以下になったときに遮断状態になる。放電用スイッチ4が遮断状態になった後に、発電コイルの正の半波の誘起電圧が立ち上がるように、点火動作を行わせる時期が設定されている。
When the discharge of the
点火用コンデンサの放電が開始した際に一次コイル1aに最初に誘起する電圧はダンパダイオード14に逆方向に印加されるため、この誘起電圧によってダンパダイオードに電流が流れることはない。一次電流がピークを過ぎると、一次コイル1aの誘起電圧の極性が反転するため、一次コイル1aからダンパダイオード14とダンパ電流制御用スイッチ15とを通して一次電流I1が流れるようになる。この一次電流は徐々に減衰していく。この一次電流が次の点火時期まで残留していると、その分点火用コンデンサが放電を開始した際に生じる一次電流の時間的な変化率が小さくなるため、点火コイルの二次コイルに誘起する電圧が低下する。機関の回転速度が上昇して、点火周波数が短くなると、点火時期において残留している一次電流が大きくなるため、一次電流の残留に起因する点火性能の低下が無視できないものとなる。
Since the voltage first induced in the primary coil 1a when the ignition capacitor starts to be discharged is applied to the
本発明においては、ダンパダイオード14に対して直列にダンパ電流制御用スイッチ15を接続して、点火時期よりも前にこのダンパ電流制御用スイッチ15をオフ状態にする期間を生じさせ、これにより、点火時期における一次電流の残留値を零にして、機関の高速回転時に点火性能が低下するのを防止する。
In the present invention, a damper
図3(A)ないし(E)は図1の点火装置の各部の電圧または電流波形をクランク角θに対して模式的に示したものである。以下この波形図を用いて図1に示した点火装置の動作を更に詳細に説明する。
図3(A)は点火用コンデンサ3のダイオード11側(点火電源部側)の端子と接地間の電圧Vcを示し、同図(B)は信号発生器16が発生するパルスを示している。信号発生器16は、機関のピストンが上死点に達するクランク角位置(上死点位置という。)よりも十分に進角したクランク角位置に設定された基準位置θ1で負極性の基準パルスVs1を発生し、上死点位置付近で正極性の他のパルスVs2を発生する。
3A to 3E schematically show the voltage or current waveform of each part of the ignition device of FIG. 1 with respect to the crank angle θ. Hereinafter, the operation of the ignition device shown in FIG. 1 will be described in more detail with reference to this waveform diagram.
3A shows the voltage Vc between the terminal on the
点火制御装置17の点火信号発生手段18は、基準パルスVs1の発生間隔(クランク軸が1回転するのに要する時間)から機関の回転速度を検出し、検出した回転速度に対して機関の点火時期を演算する。この点火時期は、クランク軸が基準位置から点火動作が行われるクランク角位置まで回転する間に点火タイマに計測させる時間の形で演算される。点火制御装置17は、基準パルスVs1が発生したときに、演算された点火時期を計測するための計時データを点火タイマにセットしてその計測を開始させ、点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときのクランク角位置θiで点火トリガ信号Viを発生する。
The ignition signal generation means 18 of the
図3に示した例では、放電用スイッチ4を構成するサイリスタThのアノード電流が保持電流以下になって該サイリスタがオフ状態になった後、クランク角位置θ3で発電コイル7の正の半波の誘起電圧が立ち上がって、点火用コンデンサ3の充電が開始されている。この例では、磁石発電機が多極に構成されていて、クランク軸が1回転する間に発電コイル7に多数サイクルの電圧が誘起するため、点火用コンデンサ3は、発電コイル7が正の半波の電圧を発生する毎に段階的に充電される。
In the example shown in FIG. 3, after the anode current of the thyristor Th constituting the discharge switch 4 becomes equal to or lower than the holding current and the thyristor is turned off, the positive half-wave of the power generating coil 7 at the crank angle position θ3. The induced voltage rises and charging of the
基準位置θ1で基準パルスVs1が発生すると、点火時期の計測が開始されるが、このとき図3(E)に示すように、スイッチ制御手段19がダンパ電流制御用イッチ15を構成するMOSFET F1のゲートに与える駆動信号Vgを零レベルにして該ダンパ電流制御用スイッチ15をオフ状態にするため、点火コイルの一次コイルに一次電流I1が残留している場合には、その一次電流が遮断される。この一次電流の遮断により点火コイルの一次コイル1aに電圧が誘起し、この電圧がサージ電圧Vaとして、点火用コンデンサ3の点火電源部側の端子と接地間の電圧Vcに重畳される。ダンパ電流制御用スイッチ15は、機関のクランク角位置が点火時期に相当するクランク角位置θiに達する前にオン状態に戻される。
When the reference pulse Vs1 is generated at the reference position θ1, measurement of the ignition timing is started. At this time, as shown in FIG. 3E, the switch control means 19 uses the MOSFET F1 that constitutes the damper
上記スイッチ制御手段19は、例えば、基準パルスVs1が発生したときに、点火時期を計測するために点火タイマにセットする計時データよりも短い時間を点火タイマとは別のオフ時間計測用タイマにセットする手段と、該オフ時間計測用タイマがセットされた時間の計時動作を行っている間駆動信号Vgを零レベルにし、該オフ時間計測用タイマが計時動作を完了したときに駆動信号Vgを元のレベル(MOSFETをオン状態にするレベル)に戻すように駆動信号Vgのレベルを制御する手段とにより構成することができる。 For example, when the reference pulse Vs1 is generated, the switch control means 19 sets a time shorter than the timing data set in the ignition timer to measure the ignition timing in an off-time measuring timer different from the ignition timer. And the drive signal Vg is set to zero level during the time-counting operation of the set time of the off-time measurement timer, and the drive signal Vg is restored when the off-time measurement timer completes the time-measurement operation. And a means for controlling the level of the drive signal Vg so as to return to the level (the level at which the MOSFET is turned on).
ダンパ電流制御用スイッチ15をオフ状態にするタイミングを早くすると、該スイッチ15をオフ状態にした際に遮断する一次電流の値が大きくなるため、サージ電圧Vaが高くなり、オフ状態にされたダンパ電流制御用スイッチ15にかかる電圧が高くなる。サージ電圧Vaが高くなると、ダンパ電流制御用スイッチ15として高耐圧のものを用いることが必要になったり、サージ吸収用のスナバ回路が必要になったりするため、コストが高くなるのを避けられない。また高耐圧のMOSFETはオン時のドレインソース間の内部抵抗が大きいため、高耐圧のMOSFETをダンパ電流制御用スイッチ15として用いると、ダンパ回路を通して流れる電流が制限されて点火性能が低下するおそれがある。従って、ダンパ電流制御用スイッチ15は、点火コイルの一次電流I1が十分に減衰してからオフ状態にするのが好ましい。本実施形態では、上死点位置前72°から48°までの一定の区間ダンパ電流制御用スイッチ15をオフ状態にするようにしている。
If the timing for turning off the damper
点火時期において点火制御装置17の点火信号発生手段18から放電用スイッチ4を構成するサイリスタThに点火信号Vi(図3C)が与えられると、該サイリスタが導通するため、点火用コンデンサ3の電荷がサイリスタThと一次コイル1aとを通して放電し、図3(D)に示すように一次電流I1が流れる。この一次電流がピークに達したところで一次コイル1aの誘起電圧が反転し、一次コイル1aからダンパダイオード14とダンパ電流制御用スイッチ15とを通して一次電流I1が流れる。この一次電流は徐々に減衰していく。点火火花の継続時間(デュレーション)を長くするために、点火コイルとして、一次側のインダクタンスが大きいものを用いた場合には、機関の回転速度が上昇して点火周波数が高くなったとき(点火周期が短くなったとき)に、次の点火時期まで一次電流I1が残留するようになる。
When the ignition signal Vi (FIG. 3C) is applied from the ignition signal generating means 18 of the
図1に示した点火装置において、ダンパ電流制御用スイッチ15を省略して点火コイルの一次コイル1aの両端にダンパダイオード14を直接接続した点火装置を比較例として、この比較例の点火装置の点火用コンデンサの両端電圧Vc、点火トリガ信号Vi及び点火コイルの一次電流I1の波形を図4(A)ないし(C)に示した。また図4(C)に示された一次電流I1の波形を拡大した波形を図5に示した。この比較例においては、点火動作が行われた後、次の点火時期までダンパダイオード14を通して一次電流が流れ続けるため、点火時期(クランク角位置θi)において一次電流I1が残留している状態で点火動作が行われる。ここで、点火時期において残留している一次電流をI1(start)とする。
In the ignition device shown in FIG. 1, an ignition device in which the damper
上記比較例の点火装置において、点火周波数と、点火プラグで生じる放電の継続時間(デュレーション)Tdと、点火コイルの二次電流I2と、点火コイルの二次無負荷電圧V2と、一次電流の残留値I1(start)とを測定した結果を図6に示した。図6に示された放電継続時間(デュレーション)Td、点火コイルの二次電流I2、点火コイルの二次無負荷電圧V2、及び一次電流の残留値I1(start)を点火周波数に対して図示するとそれぞれ図8ないし図11の折れ線aのようになる。これらの図から明らかなように、比較例の点火装置では、機関の回転速度が高くなったときに、点火時期における一次電流の残留値I1(start)が大きくなり、点火プラグで生じる放電の継続時間Tdが短くなる上に、点火コイルの二次電流I2及び二次無負荷電圧V2が低下して点火性能が低下する。 In the ignition device of the comparative example, the ignition frequency, the duration (dur) Td of the discharge generated in the ignition plug, the secondary current I2 of the ignition coil, the secondary no-load voltage V2 of the ignition coil, and the residual primary current The result of measuring the value I1 (start) is shown in FIG. The discharge duration (dur) Td, ignition coil secondary current I2, ignition coil secondary no-load voltage V2, and primary current residual value I1 (start) shown in FIG. Each is as shown by a broken line a in FIGS. As is apparent from these figures, in the ignition device of the comparative example, when the engine speed increases, the residual value I1 (start) of the primary current at the ignition timing increases and the discharge generated by the spark plug continues. In addition to the time Td being shortened, the secondary current I2 and the secondary no-load voltage V2 of the ignition coil are lowered, and the ignition performance is lowered.
これに対し、図1に示した点火装置において、点火周波数と、点火プラグで生じる放電の継続時間(デュレーション)Tdと、点火コイルの二次電流I2と、点火コイルの二次無負荷電圧V2と、一次電流の残留値I1(start)とを測定した結果は図7に示した通りであり、図7に示された放電継続時間(デュレーション)Td、点火コイルの二次電流I2、点火コイルの二次無負荷電圧V2、及び一次電流の残留値I1(start)を点火周波数に対して図示するとそれぞれ図8ないし図11の折れ線bのようになる。これらの図から明らかなように、本発明の点火装置では、機関の回転速度が上昇して、点火周波数が高くなっていっても、一次電流の残留値I1(start)は零のままに保持される。従って、本発明によれば、機関の高速回転時に点火プラグで生じる放電の継続時間Tdが短くなることがなく、また点火コイルの二次電流I2及び二次無負荷電圧V2が低下することもないため、機関の高速回転時に点火性能が低下するのを防ぐことができる。 On the other hand, in the ignition device shown in FIG. 1, the ignition frequency, the duration (duration) Td of the discharge generated in the ignition plug, the secondary current I2 of the ignition coil, and the secondary no-load voltage V2 of the ignition coil The result of measuring the residual value I1 (start) of the primary current is as shown in FIG. 7, and the discharge duration Td, the secondary current I2 of the ignition coil, the ignition coil of the ignition coil shown in FIG. The secondary no-load voltage V2 and the residual value I1 (start) of the primary current are illustrated with respect to the ignition frequency as indicated by broken lines b in FIGS. As is clear from these figures, in the ignition device of the present invention, the residual value I1 (start) of the primary current remains zero even when the engine speed increases and the ignition frequency increases. Is done. Therefore, according to the present invention, the duration Td of the discharge generated in the spark plug during high-speed rotation of the engine is not shortened, and the secondary current I2 and secondary no-load voltage V2 of the ignition coil are not reduced. Therefore, it is possible to prevent the ignition performance from deteriorating when the engine rotates at high speed.
図1に示した実施形態では、点火用コンデンサ3が点火コイルの一次コイル1aに対して直列に接続されていて、点火用コンデンサ3と一次コイル1aとの直列回路に対して並列に放電用スイッチ4が接続されているが、本発明はこのような構成をとる場合に限定されるものではなく、図2に示したように、点火用コンデンサ3を点火電源部12の出力端子間に並列に接続し、点火用コンデンサ3と点火コイルの一次コイル1aとの間に放電用スイッチ4を接続する場合にも本発明を適用することができる。図2に示した例では、ダンパダイオード14が図1に示した例とは逆方向に設けられていて、そのカソードが点火コイルの一次コイル1aの非接地側端子に接続されている。またダンパ電流制御用スイッチ15は、pチャンネル型のMOSFET F1´からなっていて、そのソースが接地され、ドレインがダイオード14のアノードに接続されている。この例では、MOSFETF1をオン状態にする際に該MOSFETのゲートにソースに対して負極性の駆動信号Vgが与えられる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図2に示した点火装置の動作は、点火用コンデンサ3がダンパダイオード14及びダンパ電流制御用スイッチ15を介することなく充電される点を除き、図1に示した点火装置の動作と同様である。
The operation of the ignition device shown in FIG. 2 is the same as that of the ignition device shown in FIG. 1 except that the
上記の各実施形態では、ダンパ電流制御用スイッチを構成するスイッチ素子としてMOSFETを用いているが、このスイッチ素子は駆動信号が与えられている間だけオン状態を保持するものであれば良く、バイポーラトランジスタや、IGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)等を用いても良い。 In each of the above embodiments, a MOSFET is used as a switch element constituting the damper current control switch. However, this switch element only needs to hold the ON state only while a drive signal is applied. A transistor, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), or the like may be used.
上記の実施形態では、内燃機関により駆動される磁石発電機内の発電コイルと、該発電コイルに誘起する電圧を昇圧する昇圧回路とにより点火電源部を構成しているが、十分に多くの巻き数を有するように巻回されて磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルと、該エキサイタコイルの出力から一方の半波の出力を取り出すためのダイオードとにより点火電源部を構成する場合や、バッテリの出力電圧をDC−DCコンバータにより昇圧することにより点火用コンデンサを充電するための電圧を発生させるようにした点火電源部を用いる場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。 In the above embodiment, the ignition power source unit is configured by the power generation coil in the magnet generator driven by the internal combustion engine and the voltage booster circuit that boosts the voltage induced in the power generation coil. When an ignition power supply unit is configured by an exciter coil wound in a magnet generator and provided with a diode for extracting one half-wave output from the output of the exciter coil, the output of the battery It goes without saying that the present invention can also be applied to the case where an ignition power supply unit that generates a voltage for charging the ignition capacitor by boosting the voltage with a DC-DC converter is used.
上記の実施形態では、放電用スイッチとしてサイリスタを用いているが、他の半導体スイッチ素子により放電用スイッチを構成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the thyristor is used as the discharge switch, but the discharge switch may be constituted by other semiconductor switch elements.
上記の実施形態では、信号発生器16が出力する基準パルスによりダンパ電流制御用スイッチをオフ状態にするタイミングを定めるようにしているが、ダンパ電流制御用スイッチをオフ状態にするタイミングの定め方は上記の例に限定されるものではなく、例えば、点火時期からの経過時間をタイマにより計測することにより、ダンパ電流制御用スイッチをオフ状態にするタイミングを求めるようにしてもよい。
In the above embodiment, the timing for turning off the damper current control switch is determined by the reference pulse output from the
1 点火コイル
2 点火プラグ
3 点火用コンデンサ
4 放電用スイッチ
7 発電コイル
9 昇圧回路
10 定電圧回路
12 点火電源部
13 ダンパ回路
14 ダンパダイオード
15 ダンパ電流制御用スイッチ
17 点火制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記点火コイルの一次側に設けられた点火用コンデンサと、
前記点火用コンデンサを一方の極性に充電する点火電源部と、
点火トリガ信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられた放電用スイッチと、
前記内燃機関の点火時期に前記放電用スイッチに前記点火トリガ信号を与える点火制御装置と、
ダンパダイオードと、オン状態にあるときに前記ダンパダイオードに順方向電流が流れるのを許容するように、前記ダンパダイオードに対して直列に接続されたオンオフ制御が可能なダンパ電流制御用スイッチとを備えて、前記点火時期に前記点火用コンデンサの放電が開始された際に前記点火コイルの一次コイルに誘起する電圧が前記ダンパダイオードに逆方向に印加される向きにして前記点火コイルの一次コイルの両端に並列に接続されたダンパ回路と、
前記点火時期よりも前に前記ダンパ電流制御用スイッチがオフ状態になる期間を生じさせ、少なくとも前記点火コイルに二次電流が流れる間は前記ダンパ電流制御用スイッチをオン状態に保持するように前記ダンパ電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御手段と、
を具備したコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。 An ignition coil;
An ignition capacitor provided on the primary side of the ignition coil;
An ignition power supply for charging the ignition capacitor to one polarity;
A discharge switch provided to discharge through the primary coil of the ignition coil when conducting an ignition trigger signal and discharging the charge accumulated in the ignition capacitor;
An ignition control device for providing the ignition trigger signal to the discharge switch at an ignition timing of the internal combustion engine;
A damper diode, and a damper current control switch connected in series to the damper diode and capable of on / off control so as to allow a forward current to flow through the damper diode when in the on state. Then, when the discharge of the ignition capacitor is started at the ignition timing, the voltage induced in the primary coil of the ignition coil is applied in the opposite direction to the damper diode so that both ends of the primary coil of the ignition coil A damper circuit connected in parallel to
A period in which the damper current control switch is turned off before the ignition timing is generated, and the damper current control switch is held in the on state at least during the secondary current flows through the ignition coil. Switch control means for controlling the damper current control switch;
An ignition device for a capacitor discharge internal combustion engine comprising:
前記点火制御装置は、前記基準クランク角位置を基準にして前記内燃機関の点火時期を検出して前記点火トリガ信号を発生するように構成され、
前記ダンパ電流制御用スイッチは駆動信号が与えられている間オン状態になり、該駆動信号が与えられていないときにオフ状態になるスイッチ素子からなり、
前記スイッチ制御手段は、前記基準パルスが発生したときに前記ダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を停止させ、前記点火時期よりも前に該ダンパ電流制御用スイッチへの駆動信号の供給を再開させるように構成されている請求項1に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
A signal generator for generating a reference pulse at a reference crank angle position set at a position advanced from a crank angle position corresponding to the ignition timing of the internal combustion engine;
The ignition control device is configured to generate an ignition trigger signal by detecting an ignition timing of the internal combustion engine with reference to the reference crank angle position;
The damper current control switch is turned on while a drive signal is applied, and includes a switch element that is turned off when the drive signal is not applied.
The switch control means stops supplying the drive signal to the damper current control switch when the reference pulse is generated, and supplies the drive signal to the damper current control switch before the ignition timing. 2. The ignition apparatus for a capacitor discharge internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition apparatus is configured to be restarted.
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