JPH01500683A - 内燃機関の点火火花を発生する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の点火火花を発生する方法および装置本発明は、点火システムを備え、 これに少なくとも１個の点火プラグを含ましめ、その点火電圧は点火コイルの二 次巻線から得られ、前記テシステムは少なくとも１個の点火コンデンサを含み、 このコンデンサは少なくとも１個の放電回路と１個の充電回路とに協働し、前記 放電回路は点火コイルの一次巻線と、制御ユニットから切換可能な第１の回路遮 断素子とを直列に含み、これに関連して、第１の時間に、制御ユニットが第１の 出力信号を第１の回路遮断素子へ送り、第１の回路遮断素子は放電回路を介して 点火コンデンサの放電をトリガし、これに関連して、二次巻線にこれに対応する 第１の点火電圧が発生するようにした、内燃機関の点火火花を発生する方法に関 する。

かかる方法は一般に周知であり、内燃機関の容量性点火システムに適用される。

容量性点火システムで得られる点火火花は比較的に強力であり、持続期間が短い 。アイドル運転の如き成る操作条件下では、かかる火花がエンジンシリンダ内の 燃料／空気混合物に確実に点火するのが困難であり、特に混合物が比較的に希薄 である場合に困難である。

この理由で、容量性点火システムにおける点火火花の持続期間を長くするための 種々の方法が提案仕れている。これまで、米国特許第３，９０６．９１９号では 点火コイルの一次巻線を２つの別個の巻線に分割し、一方の巻線を点火コンデン サの放電回路に含ませ、第２の巻線は振動器から振動電流を得るようにした方法 が記載されている。点火火花の持続期間は振動電流が一次巻線の前記別個の部分 を通る時間により制御される。

分割された一次巻線を用いる同様の方法が米国特許第３゜９７２．３１５号に記 載されている。点火火花は誘導性および容量性点火電圧発生の組合わせにより作 られる。米国特許第４．２５８，２９６号では、点火コイルの一次巻線と点火コ ンデンサとの間に回路遮断器を用い、点火コイルに誘導的かつ容量的に同時に点 火電圧を発生する。

しかし、総ての前記周知の方法は構成部品、特に振動電流を作るための、またコ ンデンサを充電するための、また−次巻線を介して電流を供給するための部品の 数が多い。

また、これらの方法は主として誘導性点火用の比較的に大きい点火コイルに適し ており、これに関連して、単一の点火コイルがエンジンの全点火プラグに用いら れ、これと同時に点火プラグへの電流が従来の点火分配器により分配される。

本発明は主として車両用多シリンダエンジンのマイクロプロセッサ制御式容量性 添加システムに適用される。なお、本発明は、機械的な分配器を持たず、比較的 に小形の点火コイルを各点火プラグに用いたこの型式の点火システムに仔利に使 用される。点火火花の持続期間の延長化をこの型の点火システムにおいて簡単な 態様で達成するために、本発明は、第１の時間よりも後から生じる第２の時間に 、制御ユニットは充電回路に位置する第２の回路遮断素子へ第２の出力信号を送 り、前記素子は放電回路へ直列に接続され、これにより第１と第２の回路遮断素 子は電気エネルギ源から一次巻線および前記回路遮断素子を経て電流を供給する ために同時に導通状態に保たれ、また第２の時間よりも後から生じる第３の時間 に、制御ユニットは第１および／または第２の回路遮断素子へかかる素子を非導 通時間に保つために第３の出力信号を送り、これに関連して、−次巻線を介する 電流の供給が遮断され、第２の点火電圧発生が二次巻線で生じることを特徴とす る。

本発明により、マイクロプロセッサ式制御ユニットは本発明の方法が達成される ような態様で２つの回路遮断素子を制御するために簡単にプログラムできる。ま た、マイクロプロセッサにより回路遮断素子の制御をエンジンの運転条件に適合 させることができ、これにより点火火花の持続期間を運転条件の変化に依存して 変化できる。

また本発明は内燃機関の点火システムにおいて本発明の方法を実施する構成に関 する。点火システムにおいて、点火コンデンサは、第１の回路遮断素子へ直列接 続された点火コイルの一次巻線を含む少なくとも一つの放電回路へ、また第２の 回路遮断素子と、コイルと少なくとも一つのダイオードとを含む充電回路へ接続 される。

本発明の構成は、第１と第２の回路遮断素子および一次巻線が直流電源をアース へ接続する回路において互いに直列接続され、この回路を通じて、第１および第 ２回路遮断素子が電流通過のために導通しているときに直流が流れ、また点火コ ンデンサが第１の回路遮断素子および一次巻線へ電気接続され、而して、第１の 回路遮断素子の導通時に点火コンデンサが一次巻線を経て放電し、前記回路遮断 素子は電子制御ユニットへ電気接続され、この電子制御ユニットはエンジンの運 転条件を表す人力信号に依存して前記回路遮断素子を導通または非導通にするた めに前記回路遮断素子へ出力信号を送ることを特徴とする。

本発明の構成は延長された点火火花を発生する特に簡単で安価な方法を提供する 。

本発明の他の特許請求の範囲および本発明の模範例についての以下の記載から明 らかになろう。図面について説明する。図中、 第１図は点火システムにおける本発明の構成を示す：第２図は前記構成における 本発明の方法を実施したときの一次電流を模式的に示す： 第３図は前記方法での一次電圧の出現を模式的に示す：第４図は本発明の方法に よる対応二次電圧を模式的に示す。

第１図は本発明の詳細な説明するのに必須の点火システムの部分を示す。多数の 点火プラグ１−４は対応する数の点火コイルにおける二次巻線５−８へそれぞれ 接続されている。点火コイルの一次巻線１０−１３はここではトライアックとし て示された回路遮断素子１４−１７へそれぞれ直列接続される。各−次巻線およ びトライアックは線２５を経て点火コンデンサ２４へ並列接続された放電回路２ 〇−２３に含まれている。点火コンデンサ２４にはチョークコイル２６が同様に 接続され、このチョークコイルは線２８を経てダイオード２７へ直列接続される 。点火コンデンサ２４を接続した線２５およびこれと並列に接続した総ての線２ ０−２３．２８は、第２のダイオード３１へ並列接続された例えばトランジスタ である第２の回路遮断素子３０へ、および好ましくは＋２Ｖ電池である直流源３ ３へ接続される。ダイオード２７．３１の向きは、トランジスタ３０が導通する と電流が電池３３から線２８．３２を経てアースへ供給できるような向きである 。

トライアック１４−１７およびトランジスタ３０は電流が問題の回路を流れると きの導通状態と、電流がこれへ流れない非導通状態との間で制御される。制御ユ ニット４０は好ましくはマイクロプロセッサの回りに構成される。制御ユニット ４０はエンジン速度、負荷、温度、燃料／空気比などについての入力信号を線４ １−４３において供給される。エンジン速度はクランク軸センサ４４から得られ 、その出力信号はそれぞれのシリンダの点火前のクランク軸の角位置についての 情報を与える。入力信号に依存して、点火位置に関する初期値はエンジンの各運 転条件に適合した値を取るように修正される。修正値はメモリユニットに記憶さ れたテーブルなどを読むことにより制御ユニットにより決められる。例えば点火 プラグ！を含む特定のシリンダのための制御ユニット４０により決められる点火 時に、出力信号がトライアック１４へ送られ、このトライアックが放電回路２０ を閉じ、これに関して、点火コンデンサ２４が一次巻線ＩＯを経て放電される。

第２図、第３図、第４図において、点火時間はＴＯで示される。放電は、点火コ ンデンサ２０の電圧が約４００■の初期レベルから第３図による対応する態様で 低下すると同時に、−次巻線ｌＯを経る第２図による電流の急速な増加を生じる 。時間Ｔ１において、−次電圧はほぼ０であり、同時に一次電流は正の最大値に ある。第２図、第３図から、電圧がその負の最大値に到達すると、電流はゼロレ ベルを通ることが判る。時間Ｔ２において電圧が再びゼロレベルになると、−次 電流はその負の最大値を持つ。

点火コンデンサの放電の結果−次巻線を流れる電流が急激に増加し、その結果、 第４図に示す如く、二次巻線にこの場合負である第１の電圧パルスが周知の態様 で生じる。

前記電圧パルスは第１の強力な極めて過渡的な、数マイクロ秒の長さの、電圧ス パイクと称される電圧ピークを持つ。

これはほぼ４０ＫＶの絶対値を有し、而して、たとえ困難な運転条件下でも点火 プラグ電極間に火花を発生することができる。電圧スパイクはかなり低い徐々に 降下するポテンシャルを持つパルス区分になるが、その後に前記区分は例えばＴ ＯからＩＯないし２０マイクロ秒後に生じる時間Ｔ２に到達されるゼロレベルへ の急速な戻りにより仕上げられる。

本発明の方法を用いないとき、時間Ｔ２から、第２図の一次電流、第３図の一次 電圧および第４図の二次電圧は各図に鎖線により示された減衰振動カーブをたど る。しかし、本発明により、トランジスタ３０は制御ユニット４０により時間Ｔ ＩまたはＴ２あるいはその間に生じる時間Ｔ３に導通する。故に、電池３３から 既に導通したトライアックＩ４、−次巻線１０、ダイオード３１およびトランジ スタ３０を経てアースへ電流を送ることができる。而して電流はチョークコイル ２６を通じるよりも一次巻線ＩＯを通じるほうが容易に流れる。何故ならば、チ ョークコイル２６を通る電流の形成はその高いインダクタンスにより困難になる からである。このインダクタンスは一次巻線のインダクタンスの少なくとも１０ 倍である。

一次巻線を介して電池３３から前記電流を供給することは、第３図のカーブによ るコンデンサ２４と一次巻線ＩＯとの間の電圧が時間Ｔ２で変化すると、−次電 圧は電池電圧の値と実質的に等しい正の値をとる。この低い電圧の結果、−次電 流が一次電圧に対応する比較的に低い値に急速に低下する。

同時に二次電圧は低い正の値をとり、この値はＴＩからＴ２の期間の数倍にでき るＴ２から１４の期間にわたり点火火花を維持することができる。期間Ｔ２−７ ４中、二次電圧はほぼ一定の一次電圧により、またこれに依存して絶対値がゆっ くり増加する一次電流により支持される。故に点火火花は前記二次電圧を表す電 気エネルギの助けによりＴ２からＴ４の期間中に困難なく燃える。

しかし、点火火花の燃焼時間を延長するために、二次電圧を高いレベルに維持す る必要がある。これは、トランジスタ３０が制御ユニット４０を通る電流を中断 するために制御ユニットから信号を受け取るということにより達成される。−次 電流の中断の結果、二次巻線５′に二次電圧が誘導され、この二次電圧の結果、 点火火花の燃焼時間が長くなる。

トランジスタ３０を非導通状態へ切り換えた直後に、追加の信号が時間Ｔ５にお いてトランジスタ３０へ送られ、新しく電流を電池３０から一次巻線１０および トランジスタ３０を経てアースへ流れさせる。点火コイル５、ＩＯに新しい磁界 が形成され、所定の時間Ｔ２に制御ユニット４０が再び信号をトランジスタ３０ へ送り、これによりトランジスタ３０は電流を中断する。−次巻線１０を経る中 断された電流供給は再び二次電圧を二次巻線５に誘導し、これは電気エネルギに より点火火花を維持することができる。このようにして、点火火花の燃焼時間は 制御ユニット４ｏがらの出力信号に依存してトランジスタ３ｏの開閉により任意 の時間だけ延長できる。例えば、燃焼時間は従来の容量性点火火花の場合の約５ ｏ−ｉｏｏミリ秒の燃焼時間から誘導性点火システムの場合に可能な約２、ｏｏ ｏミリ秒まで延長できる。制御ユニットが時間Ｔ３に信号をトランジスタへ送る 萌に一次電圧の第１のパルスを待つことも勿論可能である。しかし、このことは 、第２図のＴ２による一次電流の中断が時間Ｔ３直後の一次電圧のゼロ遷移に対 応する後刻の時間ヘシフトすることを意味するだけである。この後で、第２図、 第３図、第４図に関して述べたのと同じ方法が行われる。しかし、Ｔ３は有利に は最初の１０個の一次電圧パルスの一つの期間中にまたは少なくとも容量性点火 火花が確実に燃焼する時間内に、即ち一般に時間Ｔｏの８０−１００マイクロ秒 以内に生起する。

点火火花の燃焼時間を変化することにより、点火火花を経て伝達される電気エネ ルギを広い範囲で変化できる。これは好ましくはエンジンの運転状態に依存して 行われ、例えば、排気ガス中に置かれた従来の酸素メータにより検出できる希薄 燃料／空気混合物での運転中に、制御ユニットがトランジスタ３０への信号を制 御して点火火花の燃焼時間の所定の延長が行われるようにされる。

上記模範例は本発明を限定するものでなく、請求の範囲内で多くの実施例におい て変化できる。而して、−次巻線とチョークコイルとのインダクタンス比の重大 性は、制御ユニット４０からの出力信号に依存してチョークコイル２６を通る電 流の通過を制御する回路遮断素子を線２８に設けることにより除去できる。

Ｆｌ（３３ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．点火システムを備え、これに少なくとも１個の点火プラグ（１）を含ましめ 、その点火電圧は点火コイルの二次巻線（５）から得られ、前記テシステムは少 なくとも１個の点火コンデンサ（２４）を含み、このコンデンサは少なくとも１ 個の放電回路（２０、２５）と１個の充電回路（２８、３２）とに協働し、前記 放電回路は点火コイルの一次巻線（１０）と、制御ユニット（４０）から切換可 能な第１の回路遮断素子（１４）とを含み、これに関連して、第１の時間（ＴＯ ）に、制御ユニットが第１の出力信号を第１の回路遮断素子へ送り、第１の回路 遮断素子は放電回路を介して点火コンデンサ（２４）の放電をトリガし、これに 関連して、二次巻線（５）にこれに対応する第１の点火電圧が発生するようにし た、内燃機関の点火火花を発生する方法において、 第１の時間よりも後から生じる第２の時間（Ｔ３）に、制御ユニット（４０）は 充電回路に位置する第２の回路遮断素子（３０）へ第２の出力信号を送り、前記 素子は放電回路へ直列に接続され、これにより第１と第２の回路遮断素子（１４ および３０）は電気エネルギ源（３３）から一次巻線および前記回路遮断素子を 経て電流を供給するために同時に導通状態に保たれ、また第２の時間よりも後か ら生じる第３の時間（Ｔ４）に、制御ユニット（４０）は第１および／または第 ２の回路遮断素子（１４、３０）へかかる素子を非導通時間に保っために第３の 出力信号を送り、これに関連して、一次巻線（１０）を介する電流の供給が遮断 され、第２の点火電圧発生が二次巻線（５）で生じることを特徴とする方法。
2. ２．第２の回路遮断素子（３０）のみが前記第３の時間（Ｔ４）において非導通 状態にセットされることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．第３の時間（Ｔ４）の直後に生じる第４の時間（Ｔ５）において、制御ユニ ット（４０）は第２の回路遮断素子（３０）へこれを導通状態にセットするため に第４の出力信号を送り、これに関連して、電流が再び電気エネルギ源（３３） から一次巻線（１０）と前記回路遮断素子（３０）とを経てアースへ供給される ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．制御ユニット（４０）はこれへ供給される所定の値の入力信号でおいてのみ 第２の時間（Ｔ３）で第２の回路遮断素子（３０）へ送ることを特徴とする請求 項１記載の方法。
5. ５．第２の時間（Ｔ３）における前記出力信号はエンジンへ供給される燃料／空 気混合物が所定の値よりも希薄なときだけ発せられることを特徴とする請求項４ 記載の方法。
6. ６．前記時間（Ｔ３）は一次巻線（１０）を経る点火コンデサ（２４）の放電に 依存して点火火花が確実に燃焼する期間に生起することを特徴とする請求項１記 載の方法。
7. ７．内燃期間の点火システムにおいて請求項１記載の態様で、点火コイルの二次 巻線（５）から点火電圧を得る少なくとも一つのスパークプラグ（１）において 点火火花を発生する装置であって、前記点火システムにおいて少なくとも一つの 点火コンデンサ（２４）は、第１の回路遮断素子（１４）へ直列接続された点火 コイルの一次巻線（１０）を含む少なくとも一つの放電回路（２０、２５）へ、 また第２の回路遮断素子（３０）と、コイル（２６）と少なくとも一つのダイオ ード（２７）とを含む充電回路へ接続される、装置において、 第１と第２の回路遮断素子（１４および３０）および一次巻線（１０）が直流電 源（３３）をアースへ接続する回路（２０、３２）において互いに直列接続され 、この回路（２０、３２）を通じて、第１および第２回路遮断素子（１４および ３０）が電流通過のために導通しているときに直流が流れ、 また点火コンデンサ（２４）が第１の回路遮断素子（１４）および一次巻線（１ ０）へ電気接続され、而して、第１の回路遮断素子（１４）の導通時に点火コン デンサ（２４）が一次巻線（１０）を経て放電し、前記回路遮断素子（１４、３ ０）は電子制御ユニット（４０）へ電気接続され、この電子制御ユニットはエン ジンの運転条件を表す入力信号に依存して前記回路遮断素子を導通または非導通 にするために前記回路遮断素子（１４、３０）へ出力信号を送ることを特徴とす る装置。
8. ８．第１の回路遮断素子（１４）はトライアックであり、第２の回路遮断素子（ ３０）はトランジスタである請求項７記載の装置。
9. ９．一次巻線のインダクタンスはコイル（２６）のインダクタンスの少なくとも １０分の１である。