JP4334717B2

JP4334717B2 - Ignition device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4334717B2
Application number: JP2000043681A
Authority: JP
Inventors: 浩稲垣; 隆博鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: JP2001193622A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグに点火用高電圧を印加して、点火プラグを火花放電させる内燃機関用点火装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において、混合気の正常な燃焼を得るために必要な火花エネルギの大きさは、内燃機関の運転状態によって異なることが知られている。ここで、火花エネルギは、火花放電で流れる放電電流（二次電流）の大きさおよび火花放電の継続時間にて表すことができる。
【０００３】
例えば、アイドリング運転等の低回転低負荷時では、燃焼室への混合気の充填量は少なく、混合気の乱流（スワール流やタンブル流）の流速も遅いため、混合気の燃焼は非常に緩慢に進む。従って、低回転低負荷時に安定した燃焼を得るためには、火花エネルギを大きくして、火炎核の成長を助け、混合気の燃焼を助ける必要がある。一方、高回転高負荷時では、燃焼室への混合気の充填量は多く、かつ混合気密度が高いことから、燃焼は早く進むため、比較的小さい火花エネルギで充分である。
【０００４】
このため、従来の内燃機関用点火装置では、火花エネルギが不足することのないよう、内燃機関の様々な運転状態の中で必要とされる最大の火花放電継続時間を設定して、最大の火花エネルギを供給できるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の内燃機関点火装置では、必要最大の火花エネルギより少ない火花エネルギで運転可能な状態では、火花エネルギの供給が過剰になる。このことは、混合気への着火性に良好な影響をもたらすことがなく、点火プラグの電極消耗を早めてしまう。
【０００６】
また別の問題として、内燃機関では高回転高負荷となる運転条件下ほど、混合気の乱流の流速が強く（速く）なるがゆえ、火花エネルギが低下する火花放電の後半時に、火花が流速下流に流されてやがて火花放電が吹き消え、再度発生するといった繰り返し現象（所謂、多重放電）を引き起こすことがある。ここで、この多重放電について、図５を用いて詳細に説明する。図５（ａ）には、絶縁体１３ｃの軸孔（図示しない）に挿設されると共に、その絶縁体１３ｃの前端面から突出してなる中心電極１３ａと、その中心電極１３ａと対向するように備えられた接地電極１３ｂとによりなる点火プラグ１３が示され、この中心電極１３ａと接地電極１３ｂとの間に形成されるプラグギャップＧにおいて火花放電が発生する。
【０００７】
ところで、通常、点火プラグにおける火花放電の発生直後にあっては、１００［Ａ］程度の非常に大きな二次電流（所謂、容量成分）が電極間に極短時間流れる。そして、その容量成分の後であって、火花放電期間中の前半時には、４０〜１００［ｍＡ］程度の二次電流（所謂、誘導成分）が流れる。この誘導成分は火花放電の経過と共に徐々に低下していき、点火コイルの二次巻線に残留する電磁エネルギが火花放電を継続できない程度に低下した時に、火花放電が自然に終了して０［Ａ］となる。
【０００８】
従って、火花放電の発生直後から火花放電の前半時にかけては、点火プラグの電極間に流れる二次電流が比較的大きい（火花エネルギが大きい）が、火花放電の後半時には、二次電流が徐々に小さくなってくるのである。そのために、混合気の乱流の流速が強いと、火花放電の後半時には、図５（ａ）に模式的に示すように火花放電が流され、火花放電が途切れてしまうのである。そして、この火花放電が途切れた時点において、点火コイルの二次巻線に残留する電磁エネルギによりプラグギャップＧの二次電圧が再度上昇し、当該二次電圧が放電電圧に達すると火花放電が再度発生するのである。尚、図５（ｂ）に多重放電時の点火プラグの電極間における二次電流の波形を示しており、縦軸を二次電流値、横軸を時間として波形を表している。この図５（ｂ）によれば、二次電流の乱れが火花放電の後半時にみられ、多重放電が発生していることがわかる。
【０００９】
このような現象下にあっては、火花放電が流速に下流に集中し、容量放電の繰り返し（多重放電）で電極温度が急激に上昇することとなり、電極材料の溶融やスパッタリングが促進され、特に流速下流側の電極ばかりが消耗する所謂偏消耗が発生し、点火プラグの寿命を無駄に縮めてしまうことにつながってしまう。
【００１０】
一方、近年、内燃機関用点火装置では、点火プラグに点火用高電圧を印加するために点火コイルの一次巻線への通電・非通電（遮断）を切り換える手段として、パワートランジスタ等の半導体素子からなるスイッチング素子を使用する、所謂フルトランジスタ型の点火装置が一般的になっている。そして、こうしたフルトランジスタ型の点火装置によれば、点火コイルにエネルギを蓄積するための火花放電前における点火コイルの一次巻線への通電時間を、スイッチング素子の駆動時間（オン時間）を調整することにより、容易に制御できる。このため、この種の内燃機関用点火装置では、内燃機関の運転状態に応じて、点火コイルの一次巻線への通電時間を制御することにより、火花エネルギを混合気の燃焼に必要な量に制御できることになる。
【００１１】
しかし、火花放電前の点火コイルの一次巻線への通電時間を制御するようにした場合、通電時間を短くすると、通電により点火コイルに蓄積されるエネルギが小さくなるので、通電遮断によって二次巻線に発生する点火用高電圧も低くなってしまう。この結果、例えば、内燃機関の高回転高負荷時に火花エネルギを小さくすべく、一次巻線への通電時間を短く制御すると、点火コイルの一次巻線への通電・遮断により二次巻線に発生する点火用高電圧が低くなってしまい、点火プラグへの点火に必要な要求電圧が高くなる高回転高負荷時といった運転条件下に見合った点火用高電圧が得られずに、失火を招く虞がある。
【００１２】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、内燃機関用点火装置において、火花放電前の点火コイルの一次巻線への通電時間を制御することなく、火花エネルギを必要最小限に抑え、さらに多重放電の発生を抑えることにより、点火プラグの寿命を長くすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、二次巻線が内燃機関に装着された点火プラグと共に閉ループを形成する点火コイルと、点火コイルの一次巻線に流れる一次電流を通電・遮断することにより、二次巻線に点火用高電圧を発生させ前記点火プラグの電極間に火花放電を発生させる火花放電発生手段と、内燃機関の運転状態に基づき、点火プラグの火花放電によって混合気を燃焼させるのに要する火花放電継続時間を算出する火花放電継続時間算出手段と、その火花放電継続時間算出手段にて算出された火花放電継続時間に応じて、点火プラグの火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断手段と、火花放電発生手段による火花放電の発生から火花放電継続時間が経過した時期に、上記火花放電遮断手段を動作させる火花放電遮断時期制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このように構成された本発明の内燃機関用点火装置においては、火花放電発生手段が点火プラグの電極間に火花放電を発生させてから、火花放電継続時間算出手段により算出された火花放電継続時間が経過した時期に、火花放電遮断時期制御手段が火花放電遮断手段を動作させることにより、火花放電を強制的に遮断することが注目すべき点である。つまり、本発明は、一次巻線への通電時間を内燃機関の運転状態に基づいて制御するのではなく、火花放電を強制的に遮断することで火花放電継続時間を制御するものであって、一次巻線への通電時間を充分長くすることができると共に、点火プラグに不必要に火花エネルギが供給されるのを防止することができる。
【００１５】
そして、火花放電継続時間算出手段が、内燃機関の運転状態に応じて火花放電継続時間を算出することから、点火プラグに供給される火花エネルギを運転状態に適した大きさに制御することができる。このため、過剰な火花エネルギが供給されるのを抑えることができると共に、多重放電の発生を抑え、点火プラグの電極が無駄に消耗されてしまうのを防ぐことができる。
【００１６】
即ち、本発明（請求項１）によれば、あらゆる内燃機関の運転状態においても、高い点火用高電圧を確保した状態で混合気への着火を行うことで内燃機関を安定して運転することができるとともに、火花エネルギが過剰とならないよう内燃機関の運転状態に基づいて火花放電継続時間を最適に制御することで、点火プラグの無駄な電極消耗を抑えることができる。
【００１７】
尚、一般的なフルトランジスタ型の点火装置において、点火プラグにおける火花放電を強制的に遮断するには、例えば、火花放電遮断手段を火花放電継続時間が経過したタイミングで点火コイルの一次巻線への通電を再開できるように構成し、その火花放電遮断手段を火花放電遮断時期制御手段により動作させることで、点火プラグの火花放電を強制的に遮断するように構成するとよい。
【００１８】
つまり、火花放電を発生するための点火用高電圧は、点火コイルの一次巻線への通電電流を遮断して急激に磁束の変化を起こすことで二次巻線に誘導されているが、火花放電中に再度一次巻線に電流を流すと磁束の変化方向が反対になり、火花放電時とは逆極性の電圧が二次巻線に発生することになる。そして、点火コイルは、火花放電前における一次巻線への通電開始時に火花放電が発生しないように、二次巻線に火花放電時とは逆極性の電圧が発生しても、二次巻線に電流が流れないように構成されている。このため、火花放電中に一次巻線に電流を流すと、火花放電時とは逆極性の電圧が二次巻線に発生して、二次巻線に電流を流すことができなくなり、火花放電を強制的に遮断することができる。
【００１９】
そして、一次電流を再通電するには、例えば、一般的なフルトランジスタ型の点火装置において点火コイルの一次巻線への通電・非通電（遮断）を切り換えるために設けられているパワートランジスタ等の半導体素子からなるスイッチング素子を駆動（オン）することで実現できる。また、フルトランジスタ型の点火装置に限らず、点火装置には、点火コイルの一次巻線への通電・非通電を切り換えるために電気式或いは機械式等のスイッチング手段が設けられることから、こうしたスイッチング手段を導通させるようにすればよい。あるいは、当該スイッチング手段に並列にスイッチング手段を設け、これを導通させるようにしても良い。さらに、一次巻線の両端をスイッチング素子などで短絡することにより、点火コイルに残されている磁束によって、一次巻線とその一次巻線の両端に接続されたスイッチング素子とで形成される閉ループに電流を流し、火花放電時に二次巻線に発生していた点火用高電圧とは逆極性の電圧を二次巻線に誘導させて、火花放電を強制的に遮断してもよい。
【００２０】
そして、本発明（請求項１）は、例えば、リーンバーンエンジン等で行われる、空燃比２０以上の希薄空燃比で燃焼する内燃機関に適用する場合に有効となる。一般に、希薄空燃比で燃焼する内燃機関にあっては、希薄な燃料を火花放電時前までに均一に拡散させた混合気としなければ着火性が安定して得られないため、混合気の乱流の流速を強くしている。そのために、火花エネルギが低下する火花放電の後半時において、多重放電が発生し易く、点火プラグの電極消耗（偏消耗）が促進され易い。その一方で、この希薄空燃比で燃焼する内燃機関にあっても、高回転高負荷時といった運転条件下では火花エネルギは小さくても混合気への着火性は良好となる。そのことから、本発明（請求項１）の内燃機関用点火装置を上記機関に適用して、その運転状態により火花放電継続時間を短く算出し、火花放電の後半時に発生し易い多重放電の発生前に火花放電を遮断することで、良好な着火性の確保と多重放電の発生を抑制することが期待できる。
【００２１】
さらに、本発明の内燃機関用点火装置は、請求項２のように、燃料として気体燃料を用いるガスエンジンで使用することでより効果を発揮することになる。
【００２２】
気体燃料は、液体燃料であるガソリン等に比べて絶縁性が高いため、相対的に火花放電電圧が高くなる。従って、気体燃料を用いるガスエンジン向けの点火コイルとしての最大二次電圧発生能力は、ガソリンエンジン向けのそれよりも高く設定しておく必要がある（例えば、ガソリンエンジン向けの点火コイルとしての最大二次電圧が３０〔ｋＶ〕以上とすれば、ガスエンジン向けのそれは〔４０ｋＶ〕以上に設定）。そこで、点火コイルの設計としては、一次巻線と二次巻線との一次／二次の巻き数比および巻き数を増やすこと、或いは遮断するための一次電流値を上げることが必要になる。
【００２３】
しかしながら、前述のように点火コイルを設計することで、最大二次電圧発生能力は上昇するが、同時に火花エネルギも増加してしまう問題がある。このことは、火花放電継続時間と最大二次電流の相反する関係が関わっており、火花放電継続時間を短くするように設計する（点火コイルの設計としては、一次／二次の巻き数比を少なくする）と、二次電流のピーク値が大きくなってしまい、エネルギ密度が上昇することにより点火プラグの電極の消耗が促進されてしまう。また、二次電流値を少なくするように設計する（点火コイルの設計としては、一次／二次の巻き数を多くする）と、二次電流のピーク値は下がる代わりに火花放電継続時間が長くなってしまい、これまた点火プラグの電極の消耗に影響を及ぼしてしまう。即ち、ガスエンジンではガソリンエンジンに比べ、点火プラグへの不要な火花エネルギの供給量が多くなることが考えられ、点火プラグの寿命をより短くしてしまう虞がある。
【００２４】
そこで上述した気体燃料を用いるガスエンジンに対して、請求項１の内燃機関用点火装置を適用すれば、火花エネルギの過剰な供給を防ぐことができ、点火プラグの寿命を延ばすといった効果がより発揮されることになる。
【００２５】
さらに、本発明の内燃機関用点火装置は、ガスエンジンの中でも定置型ガスエンジンに適用する場合に有効となる。定置型ガスエンジンでは、燃費が性能上重要なファクターであることから、低燃費化のためリーン化が促進されている。このため、定置型ガスエンジンでは、希薄空燃比での燃焼を効率良く行うべく、混合気の乱流の流速を強くしなければならず、点火プラグの電極間にて上述した多重放電が発生し易い。そこで、本発明の内燃機関用点火装置を定置型ガスエンジンに適用することで、多重放電の発生を抑制して点火プラグの電極消耗を抑えることができる。
【００２６】
ところで、火花放電継続時間を算出する火花放電継続時間算出手段としては、請求項３に記載のように、内燃機関にて混合気への着火性が良好となる運転状態ほど、火花放電継続時間が短くなるよう算出するとよい。
【００２７】
つまり、混合気への着火性が良好な運転条件下では、混合気の燃焼に必要となる火花エネルギが少なくても十分に混合気を燃焼させることができるため、内燃機関の運転状態に基づいて火花放電継続時間を火花放電継続時間算出手段にて短く算出し、点火プラグに供給される火花エネルギの過剰な供給を抑制するのである。これにより、混合気への着火性が良好な運転状態となるほど、点火プラグに供給される火花エネルギが抑制されるため、点火プラグへの過剰な火花エネルギの供給を抑えることができると共に、多重放電の発生を抑えることができ、点火プラグの電極が無駄に消耗されてしまうのを防ぐことができる。
【００２８】
但し、算出される火花放電継続時間が短くなりすぎると、十分に混合気を燃焼させることが出来なくなる虞があるため、運転状態に応じて、少なくとも混合気を燃焼させるのに必要な火花エネルギを点火プラグに供給するように、火花放電継続時間を設定する必要がある。
【００２９】
また、請求項３に記載の火花放電継続時間算出手段は、混合気への着火性が良好な運転状態となるほど短い火花放電継続時間を算出することから、反対に、混合気の着火性が劣る運転状態となるほど、火花放電継続時間が長くなるよう火花放電継続時間を算出することになる。このため、混合気の着火性の劣る運転状態になるほど火花エネルギが増大するため、十分な火花エネルギによる火花放電を発生でき、混合気を確実に燃焼させることが可能になる。
【００３０】
また、例えば、内燃機関が高回転で運転されているときには、混合気の乱流の流速が速くなり混合気がより均質に撹拌されるため、着火性が良好となる。そこで、火花放電継続時間算出手段としては、請求項４に記載のように、内燃機関にてエンジン回転数が上昇するほど、火花放電継続時間が短くなるよう算出するとよい。
【００３１】
つまり、混合気の着火性が良好となる高回転運転時になるに従い、火花放電継続時間を火花放電継続時間算出手段にて短く算出することで、点火プラグに供給される火花エネルギの過剰な供給を抑制するのである。そして、混合気を燃焼するのに必要十分な火花エネルギを点火プラグに供給するように、火花放電継続時間を設定するのである。
【００３２】
これにより、高回転運転時であるために混合気への着火性が良好であるにも拘らず、火花放電継続時間が必要以上に長いために点火プラグへ過剰な火花エネルギが供給されてしまうのを防ぐことができる。
【００３３】
さらに、高負荷運転時も混合気への着火性が良好な運転条件であるため、請求項５に記載のように、火花放電継続時間算出手段は、内燃機関にてエンジン負荷が上昇するほど、火花放電継続時間が短くなるよう算出するとよい。すなわち、エンジン負荷が上昇するほど火花放電継続時間を短く算出するとよい。
【００３４】
つまり、内燃機関が高負荷運転されていると、スロットル開度が大きくなり混合気の充填量が増加するため、混合気の着火性は良好な状態となる。そこで、混合気の着火性が良好となる高負荷運転時となるに従い、火花放電継続時間を火花放電継続時間算出手段にて短く算出することで、点火プラグに供給される火花エネルギの過剰な供給を抑制するのである。そして、混合気を燃焼するのに必要十分な火花エネルギを点火プラグに供給するように、火花放電継続時間を設定するのである。
【００３５】
これにより、高負荷運転時であるために混合気への着火性が良好であるにも拘らず、火花放電継続時間が必要以上に長いために点火プラグへ過剰な火花エネルギが供給されてしまうことを防ぐことができる。
【００３６】
ところで、点火プラグの電極の消耗に関しては、前述したように火花放電が繰り返し発生する多重放電が大きく影響している。ここで、図６（ａ）に、プラグギャップ（電極隙間）間の混合気の乱流の流速と、多重放電が発生し始める二次電流（放電電流）値との関係を示す。図６（ａ）から、混合気の乱流の流速が速くなるほど多重放電が発生し始める二次電流値が大きくなり、反対に混合気の乱流の流速が遅くなるほど多重放電が発生し始める二次電流値が小さくなる傾向があることが判る。
【００３７】
また、火花放電は、点火コイルに蓄積された磁束をエネルギ源として発生しており、火花放電発生から時間が経過するにともない、点火コイルに蓄積された磁束（電磁エネルギ）が消費されて放電電流（二次電流）が減少していく。よって、図６（ａ）に示す関係と、火花放電時の二次電流の変化傾向とを考慮すると、火花放電は、火花放電の発生直後から継続時間が経過するほど二次電流が小さくなり、多重放電が発生し易くなることが判る。
【００３８】
そこで、請求項６に記載の発明のように、火花放電継続時間算出手段は、点火コイルに蓄積されたエネルギの減少に伴い発生する多重放電の発生時期よりも火花放電遮断時期が早くなるよう火花放電継続時間を算出するとよい。つまり、火花放電の発生直後から継続時間が経過し、多重放電が発生する程度にまで火花放電の放電電流（二次電流）が小さくなる前に、強制的に火花放電を遮断することで多重放電の発生を防ぐのである。
【００３９】
他方、多重放電が発生し始める二次電流値は、点火プラグの電極間距離（プラグギャップ長）によっても変化しており、図６（ｂ）に、その関係を示す。図６（ｂ）から、プラグギャップ長が大きくなるほど多重放電が発生し始める二次電流値が大きくなり、反対にプラグギャップ長が小さくなるほど多重放電が発生し始める二次電流値が小さくなる傾向があることが判る。そして、点火プラグの電極は、使用経過に伴って消耗するため、プラグギャップ長は、使用経過に伴って大きくなる。
【００４０】
よって、図６（ｂ）に示す関係と、使用経過に伴う電極消耗とを考慮すると、点火プラグの使用経過に伴い、多重放電が発生し易くなることが判る。
これらのことから、多重放電の発生時期は、混合気の乱流の流速および点火プラグの電極の消耗度合い（プラグギャップ長の拡がり）によって変化することになる。そこで、混合気の乱流の流速あるいは点火プラグのプラグギャップ長に基づいて、多重放電の発生時期を算出することで、運転状態に応じた多重放電の発生時期を算出することができる。
【００４１】
具体的な多重放電の発生時期としては、実際の内燃機関において摩耗限界に達した点火プラグにおける多重放電発生時期（多重放電に達する二次電流値）を運転条件別に予め調査しておき、その調査結果に基づいて、運転条件を表す数値をパラメータとするマップを用意して算出することができる。
【００４２】
ここで、このときの運転条件を表す数値パラメータの基になる、混合気の乱流の流速はエンジン回転数またはエンジン負荷に比例し、あるいは点火プラグのプラグギャップ長は内燃機関の運転時間積算値に比例することから、エンジン回転数，エンジン負荷あるいは内燃機関の運転時間積算値などの運転状態に基づいて上記マップを作成することで、多重放電の発生時期を算出することができる。
【００４３】
そして、運転状態に応じて算出した多重放電発生時期よりも火花放電遮断時期が早くなるように、火花放電継続時間算出手段により火花放電継続時間を算出することで、多重放電の発生を防ぐことができるようになる。よって、本発明（請求項５）によれば、多重放電の発生を有効に防ぐことができるため、点火プラグの電極が無駄に消耗されることがなくなり、点火プラグの寿命を延ばすことができる。
【００４４】
尚、多重放電の抑制を目的として火花放電継続時間算出手段により火花放電継続時間を算出するに当たっては、混合気への着火性を考慮し、着火性が低下しないように火花放電継続時間を算出することが必要である。つまり、多重放電の抑制を目的として算出された火花放電継続時間が、混合気への着火が可能な最短の火花放電継続時間よりも短くなると、混合気への着火を正常に行うことが出来ず、内燃機関の運転を正常に維持することが出来なくなってしまう。そのため、多重放電の抑制を目的として算出された火花放電継続時間が、着火性を確保できる最短の火花放電継続時間よりも短いときには、着火性を優先して火花放電継続時間を算出することが望ましい。
【００４５】
ところで、内燃機関の始動（特に寒冷地での冷間始動）直後のアイドリング運転（暖機運転）時においては、混合気が不均質な状態であるとともに温度が低く、最も着火性が劣る運転条件であるため、混合気への着火を確実に行うには、火花エネルギを十分に点火プラグに供給して火花放電を発生させる必要がある。
【００４６】
そこで、請求項７に記載のように、内燃機関始動直後であって内燃機関が十分に暖機されるまでの運転状態の間は、火花放電継続時間算出手段は火花放電継続時間が最も長くなるよう火花放電継続時間を算出する、あるいは、火花放電遮断時期制御手段は火花放電遮断手段を動作させないようにして点火プラグの火花放電を強制遮断しないようにするとよい。
【００４７】
つまり、内燃機関始動直後であって内燃機関が十分に暖気されるまでの運転状態の間は火花放電継続時間を最も長く設定した上で火花放電遮断を行う、あるいは火花放電遮断を行わないことにより、火花エネルギを十分に確保し、混合気を確実に燃焼させることで失火の発生を最小限に抑えるのである。なお、内燃機関が十分に暖気された運転状態にあるか否かの判断は、冷却水温度が規定値を超えたか否か、または／及び潤滑油温度が規定値を超えたか否か等を判断することににより行うことができる。具体的な一手法としては、冷却水温度が５０℃以上になったか否かを判断することが挙げられる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、図１は、実施例の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。尚、本実施例では、１気筒分のみを記して説明を行うが、本発明は複数の気筒を備える内燃機関についても適用でき、各気筒毎の点火装置の基本構成は同様である。また、本実施例の内燃機関は、気体燃料を燃料として運転される定置型ガスエンジンである。
【００４９】
図１に示すように、本実施例の内燃機関用点火装置１は、放電用の電気エネルギ（例えば電圧１２Ｖ）を供給する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とからなる点火コイル１５と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型のトランジスタ１７と、火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断回路２１と、トランジスタ１７及び火花放電遮断回路２１に対して、第１指令信号Ｓａ及び第２指令信号Ｓｂを各々出力する電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、を備えている。
【００５０】
これらのうち、トランジスタ１７は、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１への通電・非通電を切り換える前述の半導体素子からなるスイッチング素子であると共に、イグナイタを構成するものであって、本実施例の内燃機関用点火装置１は、フルトランジスタ型の点火装置である。
【００５１】
ここで、一次巻線Ｌ１の一端は、電源装置１１の正極に接続され、他端はトランジスタ１７のコレクタおよび火花放電遮断回路２１に接続されている。また、二次巻線Ｌ２の一端は、電源装置１１の正極に接続されている一次巻線Ｌ１の一端に接続され、他端は点火プラグ１３の中心電極１３ａに接続されている。そして、点火プラグ１３の接地電極１３ｂは、電源装置１１の負極と同電位のグランドに接地され、トランジスタ１７のベースはＥＣＵ１９の第１指令信号Ｓａを出力する端子と接続され、トランジスタ１７のエミッタは、グランドに接地されている。
【００５２】
このため、ＥＣＵ１９から出力される第１指令信号Ｓａがローレベルである場合には、トランジスタ１７はオフ状態となり、トランジスタ１７を通じて、一次巻線Ｌ１に電流が流れることはない。また、第１指令信号Ｓａがハイレベルである場合には、トランジスタ１７はオン状態となり、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１を通って電源装置１１の負極側に至る、一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。
【００５３】
従って、第１指令信号Ｓａがハイレベルであって、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れている状態で、第１指令信号Ｓａがローレベルになると、トランジスタ１７がターンオフし、一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電が遮断される。すると、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２に点火用高電圧が発生し、これが点火プラグ１３に印加されることで、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電が発生する。
【００５４】
尚、点火コイル１５は、一次巻線Ｌ１への通電・遮断により、点火プラグ１３の中心電極１３ａ側にグランド電位よりも低い負の点火用高電圧を発生させるように構成されており、火花放電に伴い二次巻線Ｌ２に流れる二次電流ｉ２は、点火プラグ１３の中心電極１３ａから二次巻線Ｌ２を通って、一次巻線Ｌ１側に流れる。また、二次巻線Ｌ２と一次巻線Ｌ１との接続部分には、二次巻線Ｌ２から一次巻線Ｌ１側に電流が流れるのを許容し、逆方向への電流の流れを阻止するために、ダイオード等からなる整流素子Ｄが設けられており、この整流素子Ｄの動作によって、トランジスタ１７のターンオン時（一次巻線Ｌ１への通電開始時）に二次巻線Ｌ２に電流が流れることが阻止される。
【００５５】
図２は、図１に示す回路図における、第１指令信号Ｓａ、第２指令信号Ｓｂ、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐ、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１、の各状態を表すタイムチャートである。ここで、時刻ｔ１にて、第１指令信号Ｓａがローからハイレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。その後、予め設定された通電時間が経過した時刻ｔ２にて、第１指令信号Ｓａがハイからローレベルに切り換わると、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１への一次電流ｉ１の通電が遮断され、点火プラグ１３の中心電極１３ａに負の点火用高電圧が印加される。これにより、中心電極１３ａの電位Ｖｐが急峻に低下し、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に電流が流れて火花放電が発生していることが判る。
【００５６】
次に、火花放電遮断回路２１は、エミッタが接地され、ベースがＥＣＵ１９の第２指令信号Ｓｂを出力する端子と接続されたｎｐｎ型のトランジスタ２５と、一端がトランジスタ２５のコレクタに接続され、他端が一次巻線Ｌ１に接続されたコンデンサ２７と、アノードが接地され、カソードがトランジスタ２５のコレクタに接続されたダイオード２３とから構成されている。
【００５７】
そのため、ＥＣＵ１９から出力される第２指令信号Ｓｂがローレベルである場合には、火花放電遮断回路２１内のトランジスタ２５がオフ状態となり、火花放電遮断回路２１が、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流すことはない。また、第２指令信号Ｓｂがハイレベルである場合、火花放電遮断回路２１内のトランジスタ２５がオン状態となり、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１および火花放電遮断回路２１を通って電源装置１１の負極側に至る、一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が流れる。このとき、火花放電遮断回路２１の内部では、コンデンサ２７およびトランジスタ２５によって通電経路が形成され、通電経路に存在するコンデンサ２７に電荷が蓄積されるに従い、一次電流ｉ１は点火プラグにて再火花放電が発生しないような形態で緩やかに減少することになる。そして、コンデンサ２７に、一次巻線Ｌ１のインダクタンスとコンデンサ２７の容量とで決まる一定の時定数にて所定量の電荷が蓄積されると、コンデンサ２７に電流が流れなくなるため、火花放電遮断回路２１が一次電流ｉ１の通電を停止することになる。
【００５８】
但し、第２指令信号Ｓｂがハイレベルにあっても、コンデンサ２７が一次巻線Ｌ１側に接続された電極を正極性として完全に充電されていると、一次電流ｉ１は流れないため、予めコンデンサ２７に蓄積された電荷を放電させておく必要がある。この本実施例では、次の点火用高電圧を発生させるべく再度第１指令信号Ｓａをハイレベルにする、すなわち、トランジスタ１７をオン状態とすることで、コンデンサ２７に蓄積された電荷を放電させることができる。つまり、点火用高電圧を発生させるべくトランジスタ１７をオン状態とすると、トランジスタ１７、コンデンサ２７、ダイオード２３による閉ループが形成され、コンデンサ２７に蓄積された電荷によって、この閉ループに電流が流れることにより、コンデンサ２７に蓄積された電荷は放電される。
【００５９】
従って、火花放電遮断回路２１は、コンデンサ２７が放電された状態で第２指令信号Ｓｂがローレベルからハイレベルに変化すると、トランジスタ２５がターンオンして、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。そのあと、火花放電遮断回路２１は、時間経過によってコンデンサ２７に電荷が蓄積されると共に、一次電流ｉ１を緩やかに減少させていき、最終的には一次電流ｉ１を遮断するように動作する。
【００６０】
よって、図２における時刻ｔ３にて、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂをそれぞれローからハイレベルに切り換えると、トランジスタ２５がターンオンして、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１、トランジスタ１７を通って電源装置１１の負極側に至る通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１が通電される。そして、図２における時刻ｔ４にて、第１指令信号Ｓａをハイレベルからローレベルに切り換えると、トランジスタ１７がターンオフするため、一次巻線Ｌ１の通電経路は、トランジスタ１７に代わりコンデンサ２７およびトランジスタ２５によって形成され、コンデンサ２７に電荷が蓄積されるに従い、一次電流ｉ１が緩やかに減少し、コンデンサ２７に所定量の電荷が蓄積されると、一次電流ｉ１を遮断する。
【００６１】
尚、図２における時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、トランジスタ１７がオン状態となっており、コンデンサ２７に蓄積された電荷はこの間に放電されているため、時刻ｔ３でのコンデンサ２７は、火花放電を遮断するのに必要な大きさの一次電流ｉ１を流すことができる。
【００６２】
そして、火花放電中に再度一次巻線Ｌ１に電流を流した場合、火花放電時とは逆極性の電圧が二次巻線Ｌ２の両端に発生するが、整流素子Ｄによって二次巻線Ｌ２に電流が流れるのが阻止されるため、火花放電を発生させることが出来ない。よって、火花放電中に一次巻線Ｌ１を再通電することで、火花放電を強制的に遮断することができる。
【００６３】
これらのことから、図２に示すように、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐが充分低いために、電極１３ａ−１３ｂ間で火花放電が生じている場合に、ＥＣＵ１９及び火花放電遮断回路２１によって一次巻線Ｌ１への通電を行うようにすれば、点火プラグ１３の中心電極１３ａの電位Ｖｐを上昇させて、火花放電を強制的に遮断させることができる。
【００６４】
従って、本実施例では、ＥＣＵ１９が、第１指令信号Ｓａの切換タイミングを制御することにより、点火プラグ１３の火花放電タイミング（換言すれば点火時期）を制御するだけでなく、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂの切換タイミングを制御することにより、点火プラグ１３による火花放電の終了時期を制御することができる。つまり、本実施例では、火花放電の遮断時期（火花放電継続時間Ｔｔ）を制御することで、混合気を燃焼させるために点火プラグ１３に供給する火花エネルギを、混合気の燃焼に必要十分な大きさに抑えることが可能となる。
【００６５】
そして、ＥＣＵ１９では、上述のように火花放電を発生させるために第１指令信号Ｓａを制御する点火制御処理が実行され、また、火花放電を強制的に遮断するために第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂを制御する火花放電遮断処理が実行されている。
【００６６】
尚、ＥＣＵ１９は、内燃機関の火花放電発生時期（点火時期）、燃料噴射量、アイドル回転数等を総合的に制御するためのものであり、点火制御処理や火花放電遮断制御処理のほか、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度，スロットル開度，冷却水温，吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【００６７】
まず、点火制御処理で実行される処理について簡単に説明する。尚、点火制御処理は、例えば、内燃機関の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサからの信号に基づき、内燃機関が、吸気，圧縮，燃焼，排気を行う１燃焼サイクルに１回の割合で実行される。
【００６８】
そして、内燃機関が始動されて処理が開始されると、点火制御処理は、別途実行される運転状態検出処理にて検出された機関の運転状態を読込み、読み込んだ運転状態に基づき、火花放電発生時期（いわゆる点火時間）を算出する。そして、内燃機関の運転状態に基づいて算出した点火時期（図２における時刻ｔ２）を基準として、この点火時期よりも所定時間だけ早い時刻（図２における時刻ｔ１）で第１指令信号Ｓａをハイレベルに変化させて、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。ここで、所定時間は、火花放電前の一次電流通電時間のことであり、着火性の劣る運転条件においても確実に混合気へ着火できる高い点火用高電圧による火花放電を発生させるために、一次電流通電時間には、点火コイルに十分な磁束を蓄積できる時間が設定されている。これにより、火花放電が発生してから自然に遮断されるまでの火花放電継続時間Ｔｔも十分長くなり、火炎核の成長を助けて混合気を確実に燃焼させることができるようになる。
【００６９】
そのあと、点火制御処理は、時刻ｔ１から所定時間が経過した点火時期（図２における時刻ｔ２）にて、第１指令信号Ｓａをローレベルに変化させて、一次電流ｉ１を急激に遮断し、点火用高電圧を二次巻線Ｌ２に発生させて火花放電を発生させる。よって、点火制御処理は、このようにして第１指令信号Ｓａを制御し、点火プラグ１３の電極間に火花放電を発生させて混合気を燃焼させることで、内燃機関を運転している。
【００７０】
次に、火花放電を強制的に遮断するための火花放電遮断処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。尚、火花放電遮断処理は、内燃機関が始動されると同時に起動されて、その処理を開始する。
【００７１】
そして、この火花放電遮断処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、内燃機関が十分に暖機された運転状態にあるか否かを判断しており、肯定判定される場合にはＳ１３０に移行し、否定判定される場合にはＳ１２０に移行する。尚、内燃機関が十分に暖機された運転状態にあるか否かの判断は、冷却水温度が規定値を越えたか否か、または／及び潤滑油温度が規定値を越えたか否か等により判断することができる。本実施例では具体的に、内燃機関の冷却水温度が５０℃を超えたか否かを判断している。
【００７２】
そして冷却水温度が５０℃以下である場合、つまりＳ１２０に移行した場合には、後述する火花放電の強制遮断は行わず、火花放電を点火コイルに蓄積された電磁エネルギの減少に伴い自然に終了させるようにする。尚、本実施例の内燃機関用点火装置１は、前述の点火制御処理にて、着火性の劣る運転条件においても確実に混合気へ着火できるように、火花放電前の一次電流通電時間が設定されている。このため、火花放電遮断を行わない時にも、火花放電継続時間を十分に長くすることができ、内燃機関の始動直後のアイドリング運転（暖機運転）時といった着火性の劣る運転状態であっても、確実に混合気を燃焼させることができる。そして、Ｓ１２０の処理が実行されると、再びＳ１１０に移行する。
【００７３】
よって、内燃機関が十分に暖機された運転状態となるまでの間は、Ｓ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返し実行することで、火花放電を混合気を確実に燃焼できる状態で内燃機関の運転を継続し、火花放電の強制遮断を行わない。そして、Ｓ１１０で肯定判定されて、Ｓ１３０に移行すると、Ｓ１３０ではＩＧ信号（第１指令信号Ｓａ）が立ち上がり方向（ローレベルからハイレベル）に変化したか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１４０に移行し、否定判定されると同ステップを繰り返し実行する。つまり、Ｓ１３０では、前述の点火制御処理による一次巻線Ｌ１への通電が開始されたか否かをＩＧ信号の変化に基づいて判断することにより、一次電流ｉ１の通電開始時期を検出している。
【００７４】
そして、次の燃焼サイクルにおいて、点火制御処理が第１指令信号Ｓａをローレベルからハイレベルに変化させると、Ｓ１３０にて肯定判定されて、Ｓ１４０に移行する。Ｓ１４０では、この時の現在時刻Ｔを時刻変数Ｔ０に代入し、通電開始時期を記憶する。
【００７５】
続くＳ１５０では、Ｓ１３０と同様に、ＩＧ信号（第１指令信号Ｓａ）が立ち上がり方向（ローレベルからハイレベル）に変化したか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１６０に移行し、否定判定されると同ステップを繰り返し実行する。つまり、Ｓ１５０では、Ｓ１３０で一次電流ｉ１の通電時期が検出された後、次の燃焼サイクルにおける通電時期を検出している。
【００７６】
そして、点火制御処理が第１指令信号Ｓａをローレベルからハイレベルに変化させると、Ｓ１５０にて肯定判定されて、Ｓ１６０に移行する。Ｓ１６０では、この時の現在時刻Ｔを時刻変数Ｔ１に代入し、点火時期を記憶する。
【００７７】
続くＳ１７０では、Ｓ１４０で記憶された時刻変数Ｔ０とＳ１６０で記憶された時刻変数Ｔ１に基づいて、内燃機関のエンジン回転数を算出する。ここで、時刻変数Ｔ０と時刻変数Ｔ１の時間差（Ｔ１−Ｔ０）は、１燃焼サイクルの周期に等しいため、時間差（Ｔ１−Ｔ０）の逆数を算出することによって、内燃機関のエンジン回転数を算出することができる。
【００７８】
続くＳ１８０では、時刻変数Ｔ１の値を時刻変数Ｔ０に代入し、次回のエンジン回転数の算出に備える。次のＳ１９０では、内燃機関のエンジン負荷を検出する。ここで、エンジン負荷は、例えばスロットルバルブの開度の大きさや吸気管負圧に比例することから、スロットル開度センサの出力信号あるいは吸気管圧力センサの出力信号に基づいて、エンジン負荷を検出することができる。
【００７９】
続くＳ２００では、Ｓ１７０で算出したエンジン回転数と、Ｓ１９０で検出したエンジン負荷に基づいて、火花放電継続時間Ｔｔを設定する。尚、本実施例では、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとする第１マップを用いて、火花放電継続時間Ｔｔを算出している。
【００８０】
ここで、火花放電継続時間Ｔｔの算出に用いる上記第１マップの一例を、図４に示す。図４に示すように、エンジン回転数が上昇するほど火花放電継続時間Ｔｔが短くなるように、また、エンジン負荷が上昇するほど火花放電継続時間Ｔｔが短くなるように第１マップが設定されていることが判る。つまり、内燃機関における運転条件が、混合気への着火性が良好な運転条件になるほど、火花放電継続時間Ｔｔが短くなるように第１マップが設定されている。
【００８１】
尚、エンジン負荷が低負荷で、かつ、エンジン回転数が低回転である時には、火花放電継続時間Ｔｔは図４に示すように火花放電継続時間として最も長い時間（例えば、火花放電が自然に終了する時間）が設定される。このように、最も長い火花放電継続時間が設定されると、火花放電が自然に終了した後に、火花放電遮断回路２１による一次電流の通電が行われるため、実質的に火花放電の強制遮断は行われないことになる。
【００８２】
更にＳ２００では、火花放電が発生してから火花放電継続時間Ｔｔが経過した火花放電遮断時期が、火花放電の多重放電発生時期よりも遅くなる場合には、火花放電遮断時期が多重放電発生時期よりも早くなるように、火花放電継続時間Ｔｔを補正する。つまり、火花放電が発生してから多重放電が発生するまでの正常放電が行われる時間（正常放電時間）よりも、第１マップから算出した火花放電継続時間Ｔｔが長い場合には、火花放電継続時間Ｔｔに正常放電時間以下の短い時間を設定するのである。
【００８３】
尚、正常放電時間は運転条件によって変化することから、例えば、実際の内燃機関において摩耗限界に達した点火プラグにおける多重放電発生時期（多重放電が発生する二次電流値）を運転条件別に予め調査しておき、その調査結果に基づいて、運転条件を表す数値をパラメータとして正常放電時間を算出するマップを用意し、このマップから正常放電時間を算出する。このとき運転条件を表す数値パラメータとしては、例えば、混合気の乱流の流速に比例するエンジン回転数又はエンジン負荷、あるいは点火プラグのプラグギャップ長に比例する内燃機関の運転時間積算値を用いるとよい。そして、本実施例では、上記予め用意された調査結果に基づいて第２マップを設定し、この第２マップに基づき算出された正常放電時間を用いて、多重放電が発生しないように火花放電継続時間Ｔｔを補正する。
【００８４】
但し、多重放電が発生しないように設定した火花放電継続時間Ｔｔが、混合気の着火に必要となる最短の火花放電継続時間よりも短くなる場合には、多重放電の抑制よりも着火性を優先して、混合気の着火に必要となる最短の火花放電継続時間を火花放電継続時間Ｔｔに設定する。
【００８５】
よって、Ｓ２００では、第１マップを用いて算出された火花放電継続時間Ｔｔが、第２マップを用いて算出された正常放電時間よりも長い場合には、火花放電継続時間Ｔｔに正常放電時間以下の短い時間を設定し、この火花放電継続時間Ｔｔを以下の処理で使用する。尚、火花放電継続時間Ｔｔが正常放電時間以下である場合には、第１マップを用いて算出された火花放電継続時間Ｔｔをそのまま以下の処理で使用する。
【００８６】
続くＳ２１０では、ＩＧ信号（第１指令信号Ｓａ）が立ち下がり方向（ハイレベルからローレベル）に変化したか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２２０に移行し、否定判定されると同ステップを繰り返し実行する。つまり、Ｓ２１０では、前述の点火制御処理による火花放電の発生時期（点火時期）を、ＩＧ信号（第１指令信号Ｓａ）に基づいて検出している。
【００８７】
そして、点火制御処理が第１指令信号Ｓａをハイレベルからローレベルに変化させると、Ｓ２１０にて肯定判定されて、Ｓ２２０に移行する。Ｓ２２０では、この時の現在時刻Ｔを時刻変数Ｔ２に代入し、点火時期を記憶する。続くＳ２３０では、現在時刻Ｔから時刻変数Ｔ２を差し引いた値が、Ｓ２００で設定した火花放電継続時間Ｔｔに等しいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２４０に移行し、否定判定されると同ステップを繰り返し実行する。つまり、Ｓ２３０では、点火時期から火花放電継続時間Ｔｔが経過した時期（火花放電の遮断時期）に達したか否かを判断している。
【００８８】
そして、火花放電の遮断時期に達すると、Ｓ２３０にて肯定判定されて、Ｓ２４０に移行する。Ｓ２４０では、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂをそれぞれローレベルからハイレベルに変化させ、一次電流ｉ１を再通電して火花放電を強制的に遮断する。また、Ｓ２４０では、第１指令信号Ｓａのハイレベル継続時間が予め設定されており、第１指令信号Ｓａをローレベルからハイレベルに変化させてから、このハイレベル継続時間が経過すると、第１指令信号Ｓａをハイレベルからローレベルに変化させる。さらに、Ｓ２４０では、一次電流ｉ１が減少して一次巻線Ｌ１に電流が流れなくなる長さの火花放電遮断完了時間が予め設定されており、第２指令信号Ｓｂをローレベルからハイレベルに変化させてから、この火花放電遮断完了時間が経過すると、第２指令信号Ｓｂをハイレベルからローレベルに変化させる。
【００８９】
Ｓ２４０での処理が実行されると、再びＳ１５０に移行し、Ｓ１５０では次の火花放電のための一次電流通電時期を検出する。そして、火花放電遮断処理は、内燃機関が停止されるまで、Ｓ１５０からＳ２４０までの処理を繰り返し実行することで、火花放電の強制遮断を行う。そして、Ｓ２４０まで処理が行われた後に実行されるＳ１７０では、前回の燃焼サイクルにおけるＳ１８０の処理にて記憶された時刻変数Ｔ０と、今回の燃焼サイクルにおけるＳ１６０の処理にて記憶された時刻変数Ｔ１とに基づいて、エンジン回転数を算出する。
【００９０】
尚、本実施例では、ＥＣＵ１９で実行される点火制御処理およびイグナイタを構成するトランジスタ１７が、特許請求の範囲に記載の火花放電発生手段に相当し、火花放電遮断回路２１が火花放電遮断手段に相当し、火花放電継続時間Ｔｔを設定すべくＥＣＵ１９で実行されるＳ２００の処理が火花放電継続時間算出手段に相当し、火花放電継続時間Ｔｔが経過した時期（火花放電の遮断時期）に達したか否かを判断し、肯定判定されたときに火花放電を強制的に遮断するＳ２３０，Ｓ２４０の処理が火花放電遮断時期制御手段に相当する。
【００９１】
以上説明したように、本実施例の内燃機関用点火装置１においては、イグナイタを構成するトランジスタ１７をオン・オフさせることにより、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２に発生した点火用高電圧を点火プラグ１３に印加して、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電を発生させている。その後、内燃機関の運転状態に基づき求めた火花放電継続時間Ｔｔが経過した時点で、火花放電遮断回路２１によって点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に再度一次電流ｉ１を流すことにより、火花放電を強制的に遮断するよう構成されている。
【００９２】
そして、本実施例では、高い点火用高電圧による火花放電を発生するため、確実に混合気への着火を行うことができるとともに、火花エネルギが過剰とならないように、かつ、多重放電が発生しないように火花放電継続時間Ｔｔが算出されるため、点火プラグの電極の消耗を抑えて点火プラグの寿命を延ばすことができる。
【００９３】
また、火花放電遮断処理での火花放電継続時間の算出においては、多重放電が発生しないように火花放電継続時間を算出するため、多重放電の発生を防ぐことができ、点火プラグの電極が無駄に消耗されることがなくなり、点火プラグの寿命を延ばすことができる。
【００９４】
以上、本発明の実施例の一つについて説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
そこで、第２実施例として、コンデンサ２７の放電時に流れる電流の大きさを抑制するよう構成された内燃機関用点火装置について説明する。
【００９５】
図７は、第２実施例の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。尚、以下の説明において、第１実施例と同じ構成要素については、同一番号（符号）を付与して説明する。
図７に示すように、第２実施例の内燃機関用点火装置１は、放電用の電気エネルギ（例えば電圧１２Ｖ）を供給する電源装置（バッテリ）１１と、内燃機関の気筒に設けられた点火プラグ１３と、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２とからなる点火コイル１５と、一次巻線Ｌ１と直列接続されたｎｐｎ型のトランジスタ１７と、火花放電を強制的に遮断する火花放電遮断回路２１と、トランジスタ１７及び火花放電遮断回路２１に対して、第１指令信号Ｓａ及び第２指令信号Ｓｂを各々出力する電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１９と、を備えている。
【００９６】
ここで、第２実施例の内燃機関用点火装置１は、火花放電遮断回路２１以外の構成要素が第１実施例と同様であることから、同様の構成要素についての説明は省略し、第１実施例と異なる構成要素である火花放電遮断回路２１について説明する。
【００９７】
図７に示すように、第２実施例の火花放電遮断回路２１は、エミッタが接地され、ベースがＥＣＵ１９の第２指令信号Ｓｂを出力する端子と接続され、コレクタがコンデンサ２７の一端（電極）に接続されるとともに、ダイオード２３を介して接地されたｎｐｎ型のトランジスタ２５を備えている。そして、ダイオード２３は、アノードが接地され、カソードがトランジスタ２５のコレクタに接続されている。また、コンデンサ２７は、トランジスタ２５との接続端（電極）とは反対側の接続端（電極）が、抵抗３１を介して一次巻線Ｌ１に接続されている。さらに、ダイオード２９が抵抗３１に並列接続されており、ダイオード２９は、アノードが抵抗３１と一次巻線Ｌ１との接続端に接続され、カソードが抵抗３１とコンデンサ２７との接続端に接続されている。
【００９８】
そして、ＥＣＵ１９から出力される第２指令信号Ｓｂがローレベルである場合には、火花放電遮断回路２１内のトランジスタ２５がオフ状態となり、火花放電遮断回路２１が、電源装置１１の正極から一次巻線Ｌ１に向かう方向に一次電流ｉ１を流すことはない。
【００９９】
また、第２指令信号Ｓｂがハイレベルである場合、第１実施例と同様に、火花放電遮断回路２１内のトランジスタ２５がオン状態となり、火花放電遮断回路２１が、電源装置１１の正極側から点火コイル１５の一次巻線Ｌ１を通って電源装置１１の負極側に至る、一次巻線Ｌ１の通電経路を形成し、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１を流す。このとき、一次巻線Ｌ１からコンデンサ２７に流れ込む電流は、ダイオード２９を通じて流れる。
【０１００】
そして、通電経路に流れる電流によってコンデンサ２７に電荷が蓄積されるに従い、一次電流ｉ１は緩やかに減少し、コンデンサ２７に、一次巻線Ｌ１のインダクタンスとコンデンサ２７の容量とで決まる一定の時定数にて、所定量の電荷が蓄積されると、コンデンサ２７に電流が流れなくなり、一次電流ｉ１を遮断する。
【０１０１】
但し、コンデンサ２７が、一次巻線Ｌ１側に接続された電極を正極性として完全に充電されている場合、第２指令信号Ｓｂがハイレベルであっても、一次電流ｉ１は流れないため、予めコンデンサ２７に蓄積された電荷を放電させておく必要がある。そこで、第２実施例では、第１実施例と同様に、点火用高電圧を発生させるための第１指令信号Ｓａをハイレベルにする、すなわち、トランジスタ１７をオン状態とすることで、コンデンサ２７が充電されている場合のその電荷を放電させることができる。
【０１０２】
つまり、トランジスタ１７をオン状態とすると、トランジスタ１７、抵抗３１、コンデンサ２７、ダイオード２３による閉ループが形成され、コンデンサ２７に蓄積された電荷によって、この閉ループに電流が流れることにより、コンデンサ２７は放電される。このとき、コンデンサ２７が放電する電流は、ダイオード２９ではなく抵抗３１を通じて流れるため、通電経路の抵抗値が大きくなる。このため、通電経路に流れる電流値が小さくなり、トランジスタ１７に流れる電流量が抑制されることになる。これにより、コンデンサ２７に蓄積された電荷を放電させた時に伴うトランジスタ１７の発熱を小さく抑えることが可能となる。
【０１０３】
従って、火花放電遮断回路２１は、コンデンサ２７が放電された状態で、第２指令信号Ｓｂがローレベルからハイレベルに変化されると、一次巻線Ｌ１に一次電流ｉ１の通電を開始し、時間経過に従い一次電流ｉ１を緩やかに減少させていき、最終的に一次電流ｉ１を遮断する。そして、次の点火用高電圧を発生させるべく再度第１指令信号Ｓａがハイレベルになることで、コンデンサ２７に蓄積された電荷が放電される。
【０１０４】
そして、第２実施例のＥＣＵ１９は、第１実施例と同様の点火制御処理を実行することで第１指令信号Ｓａを制御し、点火プラグ１３の電極間に火花放電を発生させて混合気を燃焼させることで、内燃機関を運転している。また、本第２実施例のＥＣＵ１９では、第１実施例と同様の火花放電遮断処理を実行することで火花放電継続時間を算出するとともに、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂを制御して、火花放電を強制遮断している。
【０１０５】
尚、ＥＣＵ１９は、第１実施例と同様に、内燃機関を総合的に制御するためのものであり、点火制御処理などを行うために、別途、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。よって、第２実施例の内燃機関用点火装置１は、第１実施例と同様に、ＥＣＵ１９の指令によってトランジスタ１７をオン・オフさせることにより、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２から点火プラグ１３に点火用高電圧を印加させて、点火プラグ１３の電極１３ａ−１３ｂ間に火花放電を発生させた後、内燃機関の運転状態に基づき求めた火花放電継続時間Ｔｔが経過した時点で、火花放電遮断回路２１によって、点火コイル１５の一次巻線Ｌ１に再度一次電流ｉ１を流すことにより、火花放電を強制的に遮断している。
【０１０６】
従って、第２実施例の内燃機関用点火装置によれば、火花放電継続時間を制御することが可能となり、第１実施例の内燃機関用点火装置と同様の効果を発揮することができる。また、第２実施例は、第１実施例と同様に一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１を２つのトランジスタに分けて流す構成であるため、１つのトランジスタに流すよう構成された内燃機関用点火装置に比べ、トランジスタ１個当りの通電時間が短くなり、通電される電流量が少なくなる。これにより、トランジスタの発熱量を抑制することができ、トランジスタへの負担をさらに軽減することが可能となる。
【０１０７】
さらに、第２実施例では、コンデンサ２７に蓄積された電荷を放電する際に流れる電流の大きさを、抵抗３１によって制限しているため、トランジスタ１７に流れる電流の大きさを制限することができ、トランジスタ１７の発熱を抑えることができる。よって、トランジスタ１７への負担をさらに軽減することが可能になる。尚、抵抗３１としては、トランジスタに流れる電流の抑制、および、コンデンサ２７の放電時間を考慮すると、抵抗値が１〜１００［Ω］の抵抗を用いることが望ましい。また、火花放電の遮断時には、ダイオード２９によって一次巻線Ｌ１に流れる一次電流ｉ１を大きく確保することができ、火花放電の遮断を確実に実行することが可能になる。
【０１０８】
次に、本第２実施例の内燃機関用点火装置の効果を確認するため、実際に内燃機関を用いて、火花放電継続時間Ｔｔを変化させたときの、点火コイル１５の二次巻線Ｌ２に流れる二次電流ｉ２の変化を測定した測定結果を図８に示す。尚、測定は、メタンガスを主成分とする都市ガス１３Ａを燃料とする内燃機関を使用し、回転数を２０００ｒｐｍとして運転した場合の、二次電流ｉ２の変化を、（ａ）火花放電を強制遮断しない場合、（ｂ）火花放電継続時間Ｔｔが１．０［ｍＳ］の場合，（ｃ）火花放電継続時間Ｔｔが０．５［ｍＳ］の場合，の３条件下で、測定を行った。また、本測定では、コンデンサ２７の容量は１００［μＦ］とし、抵抗３１の抵抗値は５［Ω］とした。そして、図８に、縦軸を二次電流、横軸を時間として測定結果を示す。また、内燃機関用点火装置としては、上記実施例２のものを使用した。
【０１０９】
まず、図８（ａ）は、火花放電を強制的に遮断しない場合の測定結果であり、点火時期（図における縦軸が記載されている時刻）で火花放電が発生して二次電流が流れ始めた後、緩やかに電流値が減少していき、点火時期から約０．７［ｍＳ］経過したあたりから電流値が大きく乱れて変動しており、多重放電が発生していることがわかる。その後、多重放電が継続して発生し、点火時期から約１．３［ｍＳ］経過した時点で電流値が０［ｍＡ］となり火花放電が自然に終了している。
【０１１０】
次に、図８（ｂ）は、火花放電継続時間Ｔｔが１．０［ｍＳ］の場合の測定結果であり、図８（ａ）と同様に、点火時期（図における縦軸が記載されている時刻）で火花放電が発生して二次電流が流れ始めた後、緩やかに電流値が減少していき、点火時期から約０．７［ｍＳ］経過したあたりから電流値が大きく乱れて変動しており、多重放電が発生していることがわかる。その後、多重放電が継続して発生しているものの、点火時期から１．０［ｍＳ］経過した時点で火花放電が強制的に遮断されて、電流値が０［ｍＡ］となっている。これにより、点火時期から１．０［ｍＳ］経過した後の多重放電の発生を防ぐことができ、点火プラグの電極消耗を抑えることができる。
【０１１１】
さらに、図８（ｃ）は、火花放電継続時間Ｔｔが０．５［ｍＳ］の場合の測定結果であり、図８（ａ）および（ｂ）と同様に、点火時期（図における縦軸が記載されている時刻）で火花放電が発生して二次電流が流れ始めた後、緩やかに電流値が減少していき、点火時期から約０．５［ｍＳ］経過した時点で火花放電が強制的に遮断されて、電流値が０［ｍＡ］となっている。これにより、多重放電の発生を防ぐことができ、さらに点火プラグの電極消耗を抑えることができる。
【０１１２】
従って、本発明を適用した実施例の内燃機関用点火装置によれば、設定された火花放電継続時間にて、確実に火花放電を遮断することができ、火花放電の過剰供給を抑えて点火プラグの寿命を長くすることができる。
【０１１３】
また、本発明の内燃機関用点火装置における着火性に関する信頼性を確認するため、実際に内燃機関を用いて、火花放電継続時間Ｔｔを変化させたときの失火率を測定した測定結果を図９に示す。この測定は、メタンガスを主成分とする都市ガス１３Ａを燃料とする内燃機関を使用し、エンジン負荷を２５％とした時の４段階（８００，１０００，１５００，２０００［ｒｐｍ］）のエンジン回転数それぞれにおける失火の発生割合（失火率）を、火花放電の強制遮断無しの場合、火花放電継続時間Ｔｔが１．０［ｍＳ］、０．５［ｍＳ］、０．２［ｍＳ］の場合の４条件下にてそれぞれ行った。尚、図９では、縦軸を失火率、横軸を火花放電継続時間、奥行き方向の軸をエンジン回転数として測定結果を示す。
【０１１４】
図９に示す測定結果より、エンジン回転数が高回転となるほど、火花放電継続時間Ｔｔを短く設定しても、失火が発生せずに内燃機関の運転が良好になされていることが判る。逆に、エンジン回転数が低回転になるほど火花放電を強制遮断しない、あるいは、火花放電継続時間Ｔｔを比較的長く設定することで、失火が発生することなく内燃機関の運転が良好になされていることが判る。これにより、本発明の内燃機関用点火装置においては、内燃機関にてエンジン回転数が上昇するほど、火花放電遮断時期が早くなるよう火花放電継続時間Ｔｔを算出した場合にも、着火性が悪化することなく、内燃機関の運転状態を良好に維持されることが理解できる。
【０１１５】
次に、図９では、エンジン負荷を２５％とした時の失火率の測定結果を示したが、エンジン負荷１００％とし、それ以外の条件については図９に示した測定と同様の条件下にて、火花放電継続時間Ｔｔを変化させたときの失火率の測定を行った。その測定結果を図１０に示す。尚、図１０においても、図９と同様に、縦軸を失火率、横軸を火花放電継続時間、奥行き方向の軸をエンジン回転数として測定結果を示す。
【０１１６】
図１０に示す測定結果を、図９に示す測定結果と比較すると明らかなように、本発明の内燃機関用点火装置においては、エンジン負荷が高負荷となるほど、火花放電遮断時期が早くなるよう火花放電継続時間Ｔｔを算出した場合にも、着火性が悪化することなく、内燃機関の運転状態を良好に維持されることが理解できる。つまり、内燃機関にてエンジン回転数、または／及びエンジン負荷に応じて、最適な火花放電継続時間Ｔｔを算出することによって、混合気を確実に燃焼させることができ、失火の発生を抑制することができるのである。
【０１１７】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、内燃機関が十分に暖機された運転状態に無い場合には、火花放電の遮断処理を行わないように火花放電遮断処理が構成されているが、火花放電継続時間を最も長くなるように算出して火花放電の遮断処理を行うようにしてもよい。このとき、火花放電遮断処理において算出される最も長い火花放電継続時間は、着火性の劣る運転条件においても確実に混合気を燃焼できる時間となるように予め設定しておくとよい。
【０１１８】
また、上記実施例では、火花放電遮断制御処理に於けるＳ２００での火花放電継続時間Ｔｔおよび正常放電時間の算出をマップを用いて行っているが、マップに限定することはなく、例えば、エンジン回転数やエンジン負荷などをパラメータとする計算式によって算出してもよい。また、各実施例においては、二次巻線Ｌ２と一次巻線Ｌ１との接続部分に、二次巻線Ｌ２から一次巻線Ｌ１側に電流が流れるのを許容し、逆方向への電流の流れを阻止するために、ダイオード等からなる整流素子Ｄが設けられているが、この整流素子Ｄの設置位置を二次巻線Ｌ２と点火プラグ１３との接続部分にしてもよい。
【０１１９】
さらに、第１実施例および第２実施例では、ＥＣＵ１９の指令（信号）によってトランジスタ２５（第１実施例においてはトランジスタ１７含む）を通電・遮断して、火花放電遮断を行う手法であるが、ＥＣＵ１９を介さずともこの火花放電遮断を行うこともできる。具体的には、内燃機関の回転に伴うクランク角度の信号を入力可能な角度信号入力手段と、前記角度信号によりエンジン回転数を算出する手段と、当該エンジン回転数に基づいて火花放電継続時間を算出する火花放電継続時間算出手段、及び火花放電遮断時期制御手段とをトランジスタ１７を備えるイグナイタに設ける（付加する）ことにより行うことができる。これにより、ＥＣＵに負担をかけることなく、本発明の特徴である火花放電の強制的な遮断を内燃機関の運転状態に基づいて行うことができる。
【０１２０】
さらに、第１実施例および第２実施例では、火花放電の遮断の際に、第１指令信号Ｓａおよび第２指令信号Ｓｂをそれぞれハイレベルに変化させて、トランジスタ１７および火花放電遮断回路２１を用いて一次電流を再通電させているが、第２指令信号Ｓｂのみをハイレベルにして、火花放電遮断回路２１のみで一次電流を再通電させてもよい。このように、第２指令信号Ｓｂのみを制御して、第１指令信号Ｓａの制御を行わないようにすることで、上述した第１実施例および第２実施例に比べて、火花放電遮断処理にて実行する処理を少なくすることができる。このため、上述の実施例に比べて火花放電遮断処理が実行されるＥＣＵ１９における処理負荷を低減することができ、また、多数の制御処理を行うＥＣＵ１９への負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。
【図２】第１実施例の内燃機関用点火装置の各部の状態を表すタイムチャートである。
【図３】実施例の電子制御装置（ＥＣＵ）が実行する火花放電遮断処理を表すフローチャートである。
【図４】火花放電遮断処理における火花放電継続時間の算出に用いる第１マップである。
【図５】点火プラグの電極間に発生する火花放電の状態を表す説明図と、火花放電時の二次電流の波形を示すグラフである。
【図６】（ａ）は電極間の混合気流速と多重放電が発生し始める二次電流値との関係を示すグラフであり、（ｂ）は点火プラグの電極間距離と多重放電が発生し始める二次電流値との関係を示すグラフである。
【図７】第２実施例の内燃機関用点火装置の構成を表す電気回路図である。
【図８】点火コイルの二次巻線に流れる二次電流の変化を測定した測定結果を示すグラフである。
【図９】エンジン負荷を２５％として火花放電継続時間を変化させたときの失火率を測定した測定結果を示すグラフである。
【図１０】エンジン負荷を１００％として火花放電継続時間を変化させたときの失火率を測定した測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…内燃機関用点火装置、１１…電源装置、１３…点火プラグ、１３ａ…中心電極、１３ｂ…接地電極、１３ｃ…絶縁体、１５…点火コイル、Ｄ…整流素子、Ｌ１…一次巻線、Ｌ２…二次巻線、１７…トランジスタ、１９…電子制御装置（ＥＣＵ）、２１…火花放電遮断回路、２３…ダイオード、２５…トランジスタ、２７…コンデンサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine that applies a high voltage for ignition to a spark plug to cause the spark plug to spark discharge.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine, it is known that the magnitude of spark energy required to obtain normal combustion of an air-fuel mixture varies depending on the operating state of the internal combustion engine. Here, the spark energy can be expressed by the magnitude of the discharge current (secondary current) flowing in the spark discharge and the duration of the spark discharge.
[0003]
For example, when the engine is running at low speed and low load, such as idling, the amount of air-fuel mixture in the combustion chamber is small and the flow rate of turbulent air flow (swirl flow and tumble flow) is slow. Proceed slowly. Therefore, in order to obtain stable combustion at low rotation and low load, it is necessary to increase the spark energy to assist the growth of the flame kernel and assist the combustion of the air-fuel mixture. On the other hand, when the engine speed is high and the load is high, the amount of air-fuel mixture charged into the combustion chamber is large and the air-fuel mixture density is high.
[0004]
Therefore, in the conventional ignition device for an internal combustion engine, the maximum spark discharge duration is set in various operating states of the internal combustion engine so that the spark energy is not insufficient, and the maximum spark is set. I was able to supply energy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional internal combustion engine ignition device, the supply of spark energy becomes excessive in a state in which operation is possible with less spark energy than the required maximum spark energy. This does not have a favorable effect on the ignitability of the air-fuel mixture, and accelerates the electrode consumption of the spark plug.
[0006]
Another problem is that in an internal combustion engine, the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture becomes stronger (faster) under operating conditions that result in higher rotation and higher load. There is a case where a repetitive phenomenon (so-called multiple discharge) is caused in which the spark discharge is blown off and is generated again after flowing downstream. Here, the multiple discharge will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5 (a), a center electrode 13a is inserted into a shaft hole (not shown) of the insulator 13c and protrudes from the front end surface of the insulator 13c, so as to face the center electrode 13a. An ignition plug 13 including a ground electrode 13b provided is shown, and a spark discharge is generated in a plug gap G formed between the center electrode 13a and the ground electrode 13b.
[0007]
By the way, normally, immediately after the occurrence of spark discharge in the spark plug, a very large secondary current (so-called capacitance component) of about 100 [A] flows between the electrodes for a very short time. A secondary current (so-called inductive component) of about 40 to 100 [mA] flows after the capacitance component and in the first half of the spark discharge period. This inductive component gradually decreases with the progress of the spark discharge, and when the electromagnetic energy remaining in the secondary winding of the ignition coil decreases to such an extent that the spark discharge cannot be continued, the spark discharge spontaneously ends and 0 [ A].
[0008]
Therefore, the secondary current flowing between the electrodes of the spark plug is relatively large (spark energy is large) from immediately after the occurrence of the spark discharge to the first half of the spark discharge, but the secondary current gradually increases in the second half of the spark discharge. It gets smaller. For this reason, when the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture is high, the spark discharge flows as shown schematically in FIG. 5A during the second half of the spark discharge, and the spark discharge is interrupted. When the spark discharge is interrupted, the secondary voltage of the plug gap G rises again due to the electromagnetic energy remaining in the secondary winding of the ignition coil, and when the secondary voltage reaches the discharge voltage, the spark discharge again occurs. It occurs. FIG. 5B shows the waveform of the secondary current between the electrodes of the spark plug during multiple discharge, and the waveform is shown with the secondary current value on the vertical axis and the time on the horizontal axis. According to FIG. 5B, it can be seen that the disturbance of the secondary current is observed in the second half of the spark discharge, and multiple discharges are generated.
[0009]
Under such a phenomenon, the spark discharge concentrates downstream in the flow velocity, and the electrode temperature rapidly rises due to repeated capacitive discharge (multiple discharge), which promotes melting and sputtering of the electrode material, A so-called uneven consumption occurs in which only the electrodes on the downstream side of the flow velocity are consumed, leading to a wasteful shortening of the life of the spark plug.
[0010]
On the other hand, in recent years, in an internal combustion engine ignition device, as means for switching energization / non-energization (cutoff) to a primary winding of an ignition coil in order to apply a high voltage for ignition to an ignition plug, from a semiconductor element such as a power transistor A so-called full transistor type ignition device using a switching element is generally used. According to such a full-transistor ignition device, the energization time to the primary winding of the ignition coil before the spark discharge for storing energy in the ignition coil is adjusted to the driving time (on time) of the switching element. Therefore, it can be easily controlled. For this reason, in this type of internal combustion engine ignition device, the amount of spark energy required for combustion of the air-fuel mixture is controlled by controlling the energization time to the primary winding of the ignition coil in accordance with the operating state of the internal combustion engine. You can control it.
[0011]
However, when the energization time to the primary winding of the ignition coil before spark discharge is controlled, if the energization time is shortened, the energy accumulated in the ignition coil is reduced by energization. The high voltage for ignition generated in the wire is also lowered. As a result, for example, if the energization time of the primary winding is controlled to be short in order to reduce the spark energy during high rotation and high load of the internal combustion engine, the secondary winding is generated by energizing / cutting off the primary winding of the ignition coil. The ignition high voltage is low, the required voltage required for ignition to the spark plug is high, and the ignition high voltage suitable for operating conditions such as high rotation and high load cannot be obtained, which may lead to misfire. There is.
[0012]
The present invention has been made in view of such problems, and in the ignition device for an internal combustion engine, the spark energy is suppressed to the minimum necessary without controlling the energization time to the primary winding of the ignition coil before the spark discharge, Furthermore, it aims at extending the lifetime of a spark plug by suppressing generation | occurrence | production of multiple discharge.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is characterized in that a secondary winding forms a closed loop together with a spark plug mounted on an internal combustion engine, and a primary current flowing in the primary winding of the ignition coil. Spark discharge generating means for generating a high voltage for ignition in the secondary winding by energizing / cutting off and generating a spark discharge between the electrodes of the spark plug, and spark discharge of the spark plug based on the operating state of the internal combustion engine The spark discharge duration calculation means for calculating the spark discharge duration required to burn the air-fuel mixture by the spark discharge, and the spark discharge of the spark plug according to the spark discharge duration calculated by the spark discharge duration calculation means. The spark discharge shut-off means is operated at a time when the spark discharge duration has elapsed since the occurrence of the spark discharge by the spark discharge shut-off means forcibly shutting off and the spark discharge generating means.FireAnd a flower discharge cutoff timing control means.
[0014]
In the ignition device for an internal combustion engine of the present invention configured as described above, the spark discharge duration calculated by the spark discharge duration calculation unit after the spark discharge generation unit generates a spark discharge between the electrodes of the spark plug. It should be noted that the spark discharge is forcibly cut off by the spark discharge cut-off timing control means operating the spark discharge cut-off means when the time elapses. That is, the present invention does not control the energization time to the primary winding based on the operating state of the internal combustion engine, but controls the spark discharge duration by forcibly cutting off the spark discharge, The energization time to the primary winding can be made sufficiently long and the spark energy can be prevented from being unnecessarily supplied to the spark plug.
[0015]
Then, since the spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration according to the operating state of the internal combustion engine, the spark energy supplied to the spark plug can be controlled to a magnitude suitable for the operating state. . For this reason, it is possible to suppress the supply of excessive spark energy, to suppress the occurrence of multiple discharges, and to prevent the electrodes of the spark plug from being consumed unnecessarily.
[0016]
That is, according to the present invention (Claim 1), the internal combustion engine can be stably operated by igniting the air-fuel mixture in a state in which a high voltage for ignition is ensured in any operating state of the internal combustion engine. In addition, the spark discharge duration time is optimally controlled on the basis of the operating state of the internal combustion engine so that the spark energy does not become excessive, so that useless electrode consumption of the spark plug can be suppressed.
[0017]
Note that in a general full transistor type ignition device, in order to forcibly shut off the spark discharge in the spark plug, for example, the spark discharge cutoff means is moved to the primary winding of the ignition coil at the timing when the spark discharge duration has elapsed. It is preferable that the spark discharge of the spark plug is forcibly cut off by operating the spark discharge cut-off means by the spark discharge cut-off timing control means.
[0018]
In other words, the high voltage for ignition for generating spark discharge is induced in the secondary winding by interrupting the energization current to the primary winding of the ignition coil and causing a sudden change in magnetic flux. If a current is passed through the primary winding again during discharge, the direction of change of the magnetic flux is reversed, and a voltage having the opposite polarity to that during spark discharge is generated in the secondary winding. The ignition coil has a secondary winding even when a voltage having a polarity opposite to that at the time of spark discharge is generated in the secondary winding so that no spark discharge occurs at the start of energization of the primary winding before the spark discharge. It is configured so that no current flows through. For this reason, if a current is passed through the primary winding during a spark discharge, a voltage with the opposite polarity to that during the spark discharge will be generated in the secondary winding, preventing the current from flowing through the secondary winding. Can be forcibly shut off.
[0019]
In order to re-energize the primary current, for example, in a general full-transistor type ignition device, such as a power transistor provided to switch energization / non-energization (cutoff) to the primary winding of the ignition coil This can be realized by driving (turning on) a switching element made of a semiconductor element. In addition to the full transistor type ignition device, the ignition device is provided with a switching means such as an electric type or a mechanical type for switching between energization and non-energization of the primary winding of the ignition coil. The means may be made conductive. Alternatively, a switching unit may be provided in parallel with the switching unit, and this may be conducted. Further, by short-circuiting both ends of the primary winding with a switching element or the like, a closed loop formed by the primary winding and the switching element connected to both ends of the primary winding is formed by the magnetic flux remaining in the ignition coil. The spark discharge may be forcibly interrupted by passing a current and inducing a voltage having a polarity opposite to the high voltage for ignition generated in the secondary winding during the spark discharge to the secondary winding.
[0020]
The present invention (Claim 1) is effective when applied to, for example, an internal combustion engine that is burned at a lean air-fuel ratio of 20 or more, which is performed by a lean burn engine or the like. In general, in an internal combustion engine that burns at a lean air-fuel ratio, the ignitability cannot be stably obtained unless the lean fuel is a gas mixture that is uniformly diffused before the spark discharge. The flow velocity is increased. For this reason, in the latter half of the spark discharge in which the spark energy is reduced, multiple discharges are likely to occur, and electrode consumption (partial consumption) of the spark plug is likely to be promoted. On the other hand, even in an internal combustion engine that burns at this lean air-fuel ratio, the ignitability of the air-fuel mixture is good even if the spark energy is small under operating conditions such as high rotation and high load. Therefore, the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 1) is applied to the engine, and the spark discharge duration time is calculated to be short depending on the operation state, and multiple discharges that are likely to occur in the second half of the spark discharge are generated By shutting off the spark discharge before, it can be expected to ensure good ignitability and suppress the occurrence of multiple discharges.
[0021]
Furthermore, the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention is more effective when used in a gas engine that uses gaseous fuel as fuel.
[0022]
Since the gas fuel has higher insulation than gasoline or the like which is a liquid fuel, the spark discharge voltage is relatively high. Therefore, the maximum secondary voltage generation capability as an ignition coil for a gas engine using gaseous fuel needs to be set higher than that for a gasoline engine (for example, the maximum secondary voltage as an ignition coil for a gasoline engine). If the next voltage is 30 [kV] or higher, that for gas engines is set to [40 kV] or higher). Therefore, as the design of the ignition coil, it is necessary to increase the primary / secondary winding ratio and the number of windings between the primary winding and the secondary winding, or to increase the primary current value for blocking.
[0023]
However, by designing the ignition coil as described above, the maximum secondary voltage generation capability increases, but at the same time, there is a problem that the spark energy also increases. This is related to the contradictory relationship between the spark discharge duration and the maximum secondary current, and is designed so that the spark discharge duration is shortened (for the ignition coil design, the primary / secondary turns ratio is If it is reduced), the peak value of the secondary current becomes large, and the energy density increases, so that the consumption of the electrode of the spark plug is promoted. In addition, if the secondary current value is designed to be small (as the design of the ignition coil, the primary / secondary winding number is increased), the peak value of the secondary current is lowered, but the spark discharge duration is increased. This also affects the consumption of the electrode of the spark plug. That is, it is conceivable that the amount of unnecessary spark energy supplied to the spark plug is larger in the gas engine than in the gasoline engine, which may shorten the life of the spark plug.
[0024]
Therefore, if the ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 is applied to the gas engine using the above-described gaseous fuel, an excessive supply of spark energy can be prevented, and the effect of extending the life of the spark plug can be further exhibited. Will be.
[0025]
Furthermore, the internal combustion engine ignition device of the present invention is effective when applied to a stationary gas engine among gas engines. In stationary gas engines, leanness is promoted to reduce fuel consumption because fuel efficiency is an important factor in performance. For this reason, in a stationary gas engine, the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture must be increased in order to efficiently perform combustion at a lean air-fuel ratio, and the multiple discharge described above is generated between the electrodes of the spark plug. easy. Therefore, by applying the ignition device for an internal combustion engine of the present invention to a stationary gas engine, it is possible to suppress the occurrence of multiple discharges and suppress the electrode consumption of the spark plug.
[0026]
By the way, as the spark discharge duration calculation means for calculating the spark discharge duration, the spark discharge duration is increased as the operating state in which the ignitability to the air-fuel mixture becomes better in the internal combustion engine as described in claim 3. It is good to calculate so that it may become short.
[0027]
In other words, under operating conditions with good ignitability to the air-fuel mixture, the air-fuel mixture can be sufficiently burned even if the spark energy required for combustion of the air-fuel mixture is small. The spark discharge duration time is calculated short by the spark discharge duration calculation means, and excessive supply of spark energy supplied to the spark plug is suppressed. As a result, as the ignitability of the air-fuel mixture becomes better, the spark energy supplied to the spark plug is suppressed, so that excessive supply of spark energy to the spark plug can be suppressed and multiple discharges can be performed. Can be prevented, and the electrode of the spark plug can be prevented from being wasted.
[0028]
However, if the calculated spark discharge duration is too short, there is a risk that the mixture cannot be sufficiently combusted. Therefore, at least the spark energy required to burn the mixture is determined depending on the operating state. It is necessary to set the spark discharge duration so as to supply the spark plug.
[0029]
In addition, since the spark discharge duration calculation means according to claim 3 calculates the short spark discharge duration as the ignitability to the air-fuel mixture becomes a good operating state, the ignitability of the air-fuel mixture is inferior. The spark discharge duration is calculated so that the spark discharge duration becomes longer as the operating state is reached. For this reason, since the spark energy increases as the operating state of the air-fuel mixture becomes inferior, spark discharge with sufficient spark energy can be generated, and the air-fuel mixture can be reliably burned.
[0030]
Further, for example, when the internal combustion engine is operated at a high rotation speed, the turbulent flow rate of the air-fuel mixture becomes faster and the air-fuel mixture is stirred more uniformly, so that the ignitability is improved. Therefore, as the spark discharge duration calculation means, it is preferable to calculate the spark discharge duration so that the spark discharge duration is shortened as the engine speed increases in the internal combustion engine.
[0031]
In other words, as the ignitability of the air-fuel mixture becomes high, the spark discharge duration time is shortened by the spark discharge duration time calculation means so that the excessive supply of spark energy supplied to the spark plug is reduced. It suppresses. Then, the spark discharge duration time is set so as to supply the spark plug with the spark energy necessary and sufficient to burn the air-fuel mixture.
[0032]
As a result, excessive spark energy is supplied to the spark plug because the spark discharge duration time is longer than necessary even though the ignitability to the air-fuel mixture is good due to the high-speed operation. Can be prevented.
[0033]
Furthermore, since the ignitability to the air-fuel mixture is also an operating condition during high-load operation, the spark discharge duration calculation means, as described in claim 5, increases as the engine load increases in the internal combustion engine. It is better to calculate so that the spark discharge duration is shortened. That is, the spark discharge duration time may be calculated shorter as the engine load increases.
[0034]
That is, when the internal combustion engine is operated at a high load, the throttle opening is increased and the amount of air-fuel mixture is increased. Therefore, the excessive supply of spark energy supplied to the spark plug is calculated by calculating the spark discharge duration time shorter with the spark discharge duration calculation means as the high-load operation is performed so that the ignitability of the air-fuel mixture becomes good. Is suppressed. Then, the spark discharge duration time is set so as to supply the spark plug with the spark energy necessary and sufficient to burn the air-fuel mixture.
[0035]
As a result, excessive spark energy is supplied to the spark plug because the spark discharge duration time is longer than necessary even though the ignitability to the air-fuel mixture is good because it is during high-load operation. Can be prevented.
[0036]
By the way, as described above, the multiple discharge in which the spark discharge repeatedly occurs has a great influence on the consumption of the spark plug electrode. Here, FIG. 6A shows the relationship between the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture between the plug gaps (electrode gaps) and the secondary current (discharge current) value at which multiple discharge starts to occur. From FIG. 6A, the secondary current value at which multiple discharge begins to occur increases as the turbulent flow velocity of the mixture increases, and conversely, the multiple discharge begins to occur as the turbulent flow velocity of the mixture decreases. It can be seen that the secondary current value tends to decrease.
[0037]
In addition, the spark discharge is generated by using the magnetic flux accumulated in the ignition coil as an energy source, and the magnetic flux accumulated in the ignition coil (electromagnetic energy) is consumed as time elapses from the occurrence of the spark discharge. (Secondary current) decreases. Therefore, considering the relationship shown in FIG. 6A and the change tendency of the secondary current at the time of the spark discharge, the secondary current becomes smaller as the duration of the spark discharge elapses immediately after the occurrence of the spark discharge, It can be seen that multiple discharges are likely to occur.
[0038]
Therefore, as in the sixth aspect of the invention, the spark discharge duration calculation means calculates the spark so that the spark discharge cut-off timing is earlier than the occurrence timing of the multiple discharge that occurs due to the decrease in the energy accumulated in the ignition coil. It is good to calculate the discharge duration. In other words, multiple discharges are performed by forcibly shutting off the spark discharge before the discharge current (secondary current) of the spark discharge is reduced to the extent that multiple discharges occur until immediately after the occurrence of the spark discharge. Is prevented.
[0039]
On the other hand, the secondary current value at which multiple discharge starts to occur also varies depending on the distance between the spark plug electrodes (plug gap length), and the relationship is shown in FIG. From FIG. 6B, the secondary current value at which multiple discharge begins to occur increases as the plug gap length increases, and conversely, the secondary current value at which multiple discharge begins to occur decreases as the plug gap length decreases. I know that there is. And since the electrode of a spark plug is consumed with use progress, a plug gap length becomes large with use progress.
[0040]
Therefore, when considering the relationship shown in FIG. 6B and the electrode consumption with use, it can be seen that multiple discharges are likely to occur with the use of the spark plug.
For these reasons, the timing of occurrence of multiple discharges changes depending on the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture and the degree of consumption of the spark plug electrode (expansion of plug gap length). Therefore, by calculating the time of occurrence of multiple discharges based on the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture or the plug gap length of the spark plug, the time of occurrence of multiple discharges according to the operating state can be calculated.
[0041]
As a specific occurrence timing of multiple discharge, the multiple discharge occurrence timing (secondary current value reaching multiple discharge) in the spark plug that has reached the wear limit in an actual internal combustion engine is investigated in advance for each operating condition, and the investigation Based on the result, it is possible to prepare and calculate a map using a numerical value representing the operating condition as a parameter.
[0042]
Here, the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture, which is the basis of the numerical parameter representing the operating condition at this time, is proportional to the engine speed or the engine load, or the plug gap length of the spark plug is the integrated value of the operating time of the internal combustion engine Therefore, the multiple discharge occurrence timing can be calculated by creating the map on the basis of the operating state such as the engine speed, the engine load, or the integrated operating time of the internal combustion engine.
[0043]
Then, the spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration so that the spark discharge interruption timing is earlier than the multiple discharge occurrence timing calculated according to the operating state, thereby preventing the occurrence of multiple discharges. become able to. Therefore, according to the present invention (Claim 5), the occurrence of multiple discharges can be effectively prevented, so that the electrodes of the spark plug are not wasted and the life of the spark plug can be extended.
[0044]
When calculating the spark discharge duration by the spark discharge duration calculation means for the purpose of suppressing multiple discharges, the spark discharge duration is calculated so that the ignitability does not deteriorate in consideration of the ignitability of the mixture. It is necessary. In other words, if the spark discharge duration calculated for the purpose of suppressing multiple discharges is shorter than the shortest spark discharge duration that can ignite the mixture, the mixture cannot be ignited normally. The operation of the internal combustion engine cannot be maintained normally. Therefore, when the spark discharge duration calculated for the purpose of suppressing multiple discharges is shorter than the shortest spark discharge duration that can ensure ignitability, it is desirable to calculate the spark discharge duration with priority on ignitability. .
[0045]
By the way, in the idling operation (warm-up operation) immediately after the start of the internal combustion engine (especially cold start in a cold region), the operating condition in which the air-fuel mixture is in an inhomogeneous state and the temperature is low and the ignitability is inferior Therefore, in order to reliably ignite the air-fuel mixture, it is necessary to sufficiently supply spark energy to the spark plug to generate spark discharge.
[0046]
Therefore, as described in claim 7, the spark discharge duration calculation means has the longest spark discharge duration during the operation state immediately after the internal combustion engine is started and until the internal combustion engine is sufficiently warmed up. The spark discharge duration time may be calculated, or the spark discharge cutoff timing control means may not operate the spark discharge cutoff means so as not to forcibly cut off the spark discharge of the spark plug.
[0047]
In other words, during the operating state immediately after the internal combustion engine is started and until the internal combustion engine is sufficiently warmed up, the spark discharge duration is set to the longest and the spark discharge is cut off, or the spark discharge is not cut off. The generation of misfires is minimized by ensuring sufficient spark energy and burning the air-fuel mixture reliably. Whether or not the internal combustion engine is in a sufficiently warmed operating state is determined by determining whether or not the coolant temperature exceeds a specified value, and / or whether or not the lubricating oil temperature exceeds a specified value. It can be done by doing. One specific method is to determine whether or not the cooling water temperature has reached 50 ° C. or higher.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing the configuration of an internal combustion engine ignition device according to an embodiment. In the present embodiment, only one cylinder is described and described, but the present invention can also be applied to an internal combustion engine having a plurality of cylinders, and the basic configuration of the ignition device for each cylinder is the same. The internal combustion engine of the present embodiment is a stationary gas engine that is operated using gaseous fuel as fuel.
[0049]
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine ignition device 1 according to this embodiment includes a power supply device (battery) 11 for supplying electric energy for discharge (for example, a voltage of 12 V), and an ignition plug provided in a cylinder of the internal combustion engine. 13, an ignition coil 15 comprising a primary winding L1 and a secondary winding L2, an npn transistor 17 connected in series with the primary winding L1, and a spark discharge cutoff circuit 21 for forcibly shutting off the spark discharge. And an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 19 for outputting a first command signal Sa and a second command signal Sb to the transistor 17 and the spark discharge cutoff circuit 21.
[0050]
Of these, the transistor 17 is a switching element made of the above-described semiconductor element that switches between energization and de-energization of the primary winding L1 of the ignition coil 15, and constitutes an igniter. The engine ignition device 1 is a full transistor type ignition device.
[0051]
Here, one end of the primary winding L <b> 1 is connected to the positive electrode of the power supply device 11, and the other end is connected to the collector of the transistor 17 and the spark discharge cutoff circuit 21. One end of the secondary winding L2 is connected to one end of the primary winding L1 connected to the positive electrode of the power supply device 11, and the other end is connected to the center electrode 13a of the spark plug 13. The ground electrode 13b of the spark plug 13 is grounded to the ground having the same potential as the negative electrode of the power supply device 11, the base of the transistor 17 is connected to a terminal that outputs the first command signal Sa of the ECU 19, and the emitter of the transistor 17 is , Grounded.
[0052]
For this reason, when the first command signal Sa output from the ECU 19 is at a low level, the transistor 17 is turned off and no current flows through the transistor 17 to the primary winding L1. Further, when the first command signal Sa is at a high level, the transistor 17 is turned on, and reaches from the positive electrode side of the power supply device 11 to the negative electrode side of the power supply device 11 through the primary winding L1 of the ignition coil 15. An energization path for the primary winding L1 is formed, and a primary current i1 is passed through the primary winding L1.
[0053]
Accordingly, when the first command signal Sa becomes low level in the state where the first command signal Sa is at high level and the primary current i1 is flowing through the primary winding L1, the transistor 17 is turned off, and the primary winding L1. The primary current i1 is turned off. Then, a high voltage for ignition is generated in the secondary winding L <b> 2 of the ignition coil 15, and this is applied to the ignition plug 13, thereby generating a spark discharge between the electrodes 13 a-13 b of the ignition plug 13.
[0054]
The ignition coil 15 is configured to generate a negative ignition high voltage lower than the ground potential on the side of the center electrode 13a of the spark plug 13 by energizing / interrupting the primary winding L1. Accordingly, the secondary current i2 flowing through the secondary winding L2 flows from the center electrode 13a of the spark plug 13 through the secondary winding L2 to the primary winding L1 side. Further, in order to allow current to flow from the secondary winding L2 to the primary winding L1 side at the connecting portion between the secondary winding L2 and the primary winding L1, and to prevent current flow in the reverse direction. In addition, a rectifying element D composed of a diode or the like is provided, and current flows through the secondary winding L2 when the transistor 17 is turned on (when energization to the primary winding L1 is started) by the operation of the rectifying element D. Is blocked.
[0055]
2 shows the first command signal Sa, the second command signal Sb, the potential Vp of the center electrode 13a of the spark plug 13, and the primary current i1 flowing through the primary winding L1 of the ignition coil 15 in the circuit diagram shown in FIG. It is a time chart showing each state. Here, when the first command signal Sa switches from the low level to the high level at time t1, the primary current i1 flows through the primary winding L1 of the ignition coil 15. Thereafter, when the first command signal Sa switches from high to low level at a time t2 when a preset energization time has elapsed, the energization of the primary current i1 to the primary winding L1 of the ignition coil 15 is interrupted, A high negative ignition voltage is applied to the center electrode 13 a of the spark plug 13. As a result, it can be seen that the potential Vp of the center electrode 13a sharply decreases, and a current flows between the electrodes 13a-13b of the spark plug 13 to generate a spark discharge.
[0056]
Next, the spark discharge cutoff circuit 21 has an npn-type transistor 25 whose emitter is grounded and whose base is connected to the terminal for outputting the second command signal Sb of the ECU 19, one end connected to the collector of the transistor 25, and the like. The capacitor 27 has an end connected to the primary winding L1, and a diode 23 whose anode is grounded and whose cathode is connected to the collector of the transistor 25.
[0057]
Therefore, when the second command signal Sb output from the ECU 19 is at a low level, the transistor 25 in the spark discharge cutoff circuit 21 is turned off, and the spark discharge cutoff circuit 21 causes the primary current i1 to flow through the primary winding L1. Never flow. In addition, when the second command signal Sb is at a high level, the transistor 25 in the spark discharge cutoff circuit 21 is turned on, and the primary winding L1 of the ignition coil 15 and the spark discharge cutoff circuit 21 are switched from the positive side of the power supply device 11. An energization path of the primary winding L1 is formed that passes through to the negative electrode side of the power supply device 11, and the primary current i1 flows through the primary winding L1. At this time, in the spark discharge cutoff circuit 21, an energization path is formed by the capacitor 27 and the transistor 25, and the primary current i1 is re-sparked by the spark plug as charges are accumulated in the capacitor 27 existing in the energization path. It will gradually decrease in a form that does not occur. When a predetermined amount of charge is accumulated in the capacitor 27 with a constant time constant determined by the inductance of the primary winding L1 and the capacitance of the capacitor 27, no current flows through the capacitor 27. Stops the energization of the primary current i1.
[0058]
However, even if the second command signal Sb is at a high level, if the capacitor 27 is fully charged with the electrode connected to the primary winding L1 as the positive polarity, the primary current i1 does not flow. It is necessary to discharge the electric charge accumulated in 27. In this embodiment, the first command signal Sa is set to a high level again to generate the next ignition high voltage, that is, the transistor 17 is turned on to discharge the charge accumulated in the capacitor 27. be able to. That is, when the transistor 17 is turned on to generate a high voltage for ignition, a closed loop is formed by the transistor 17, the capacitor 27, and the diode 23, and a current flows through the closed loop by the electric charge accumulated in the capacitor 27, The electric charge accumulated in the capacitor 27 is discharged.
[0059]
Accordingly, when the second command signal Sb changes from the low level to the high level while the capacitor 27 is discharged, the spark discharge cutoff circuit 21 turns on the transistor 25 and causes the primary current i1 to flow through the primary winding L1. After that, the spark discharge cutoff circuit 21 operates so that electric charge is accumulated in the capacitor 27 over time, the primary current i1 is gradually reduced, and finally the primary current i1 is cut off.
[0060]
Therefore, when the first command signal Sa and the second command signal Sb are switched from low to high level at time t3 in FIG. 2, the transistor 25 is turned on, and the primary coil of the ignition coil 15 from the positive side of the power supply device 11 is turned on. An energization path reaching the negative electrode side of the power supply device 11 through the winding L1 and the transistor 17 is formed, and the primary current i1 is energized to the primary winding L1. When the first command signal Sa is switched from the high level to the low level at time t4 in FIG. 2, the transistor 17 is turned off, so that the energization path of the primary winding L1 is replaced by the capacitor 27 and the transistor 25 instead of the transistor 17 As the charge is accumulated in the capacitor 27, the primary current i1 gradually decreases. When a predetermined amount of charge is accumulated in the capacitor 27, the primary current i1 is cut off.
[0061]
In addition, since the transistor 17 is in the ON state from time t1 to time t2 in FIG. 2 and the electric charge accumulated in the capacitor 27 is discharged during this time, the capacitor 27 at time t3 is spark discharge. The primary current i1 having a magnitude necessary for interrupting can be supplied.
[0062]
When a current is again passed through the primary winding L1 during the spark discharge, a voltage having a polarity opposite to that at the time of the spark discharge is generated at both ends of the secondary winding L2. Since current is prevented from flowing, a spark discharge cannot be generated. Therefore, the spark discharge can be forcibly interrupted by re-energizing the primary winding L1 during the spark discharge.
[0063]
For these reasons, as shown in FIG. 2, when a spark discharge is generated between the electrodes 13 a-13 b because the potential Vp of the center electrode 13 a of the spark plug 13 is sufficiently low, the ECU 19 and the spark discharge cutoff circuit 21. By energizing the primary winding L1 by this, the potential Vp of the center electrode 13a of the spark plug 13 can be raised to forcibly cut off the spark discharge.
[0064]
Therefore, in this embodiment, the ECU 19 controls not only the spark discharge timing (in other words, the ignition timing) of the spark plug 13 by controlling the switching timing of the first command signal Sa, but also the first command signal Sa. By controlling the switching timing of the second command signal Sb, the end timing of the spark discharge by the spark plug 13 can be controlled. In other words, in this embodiment, the spark energy supplied to the spark plug 13 for burning the air-fuel mixture is necessary and sufficient for the combustion of the air-fuel mixture by controlling the spark discharge cutoff timing (spark discharge duration Tt). It becomes possible to reduce the size.
[0065]
Then, the ECU 19 executes an ignition control process for controlling the first command signal Sa in order to generate the spark discharge as described above, and the first command signal Sa and the first command for forcibly cutting off the spark discharge. 2 A spark discharge interruption process for controlling the command signal Sb is executed.
[0066]
The ECU 19 is for comprehensively controlling the spark discharge generation timing (ignition timing), fuel injection amount, idle rotation speed, etc. of the internal combustion engine. In addition to the ignition control process and the spark discharge cutoff control process, the ECU 19 An operation state detection process is performed to detect the operation state of each part of the engine, such as the intake air amount (intake pipe pressure), the rotational speed, the throttle opening, the coolant temperature, the intake air temperature, and the like.
[0067]
First, a process executed in the ignition control process will be briefly described. The ignition control process is performed once in one combustion cycle in which the internal combustion engine performs intake, compression, combustion, and exhaust based on a signal from a crank angle sensor that detects a rotation angle (crank angle) of the internal combustion engine, for example. Run at a rate.
[0068]
When the internal combustion engine is started and the process is started, the ignition control process reads the operating state of the engine detected in the separately executed operating state detection process, and spark discharge occurs based on the read operating state. Timing (so-called ignition time) is calculated. Then, with the ignition timing (time t2 in FIG. 2) calculated based on the operating state of the internal combustion engine as a reference, the first command signal Sa is made high at a time (time t1 in FIG. 2) earlier than this ignition timing. The level is changed to a level, and the primary current i1 is supplied to the primary winding L1. Here, the predetermined time is the primary current energization time before the spark discharge, and in order to generate a spark discharge with a high ignition high voltage that can surely ignite the air-fuel mixture even under operating conditions with poor ignitability, The current energizing time is set so that a sufficient magnetic flux can be accumulated in the ignition coil. As a result, the spark discharge duration Tt from when the spark discharge is generated to when it is naturally interrupted is sufficiently long, and the mixture can be surely burned by helping the growth of the flame kernel.
[0069]
Thereafter, the ignition control process changes the first command signal Sa to a low level at the ignition timing (time t2 in FIG. 2) when a predetermined time has elapsed from time t1, and suddenly cuts off the primary current i1, A high voltage for ignition is generated in the secondary winding L2 to generate a spark discharge. Therefore, the ignition control process controls the first command signal Sa in this way, generates a spark discharge between the electrodes of the spark plug 13, and burns the air-fuel mixture, thereby operating the internal combustion engine.
[0070]
Next, a spark discharge cutoff process for forcibly blocking the spark discharge will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The spark discharge cutoff process is started at the same time as the internal combustion engine is started, and starts the process.
[0071]
When this spark discharge cutoff process is started, first, in S110 (S represents a step), it is determined whether or not the internal combustion engine is in a sufficiently warmed-up operation state, and an affirmative determination is made. If YES, the process proceeds to S130, and if NO is determined, the process proceeds to S120. Note that whether or not the internal combustion engine is in a sufficiently warmed-up state depends on whether or not the coolant temperature has exceeded a specified value and / or whether or not the lubricant temperature has exceeded a specified value. Judgment can be made. Specifically, in this embodiment, it is determined whether or not the cooling water temperature of the internal combustion engine exceeds 50 ° C.
[0072]
When the cooling water temperature is 50 ° C. or lower, that is, when the process proceeds to S120, the spark discharge described later is not forcibly cut off, and the spark discharge ends spontaneously as the electromagnetic energy accumulated in the ignition coil decreases. I will let you. The ignition device 1 for the internal combustion engine of the present embodiment sets the primary current energizing time before spark discharge so that the air-fuel mixture can be reliably ignited under the above-described ignition control processing even under operating conditions with poor ignitability. Has been. For this reason, even when the spark discharge is not interrupted, the spark discharge duration can be made sufficiently long, even in an operating state with poor ignitability such as during idling (warm-up) immediately after the start of the internal combustion engine. The air-fuel mixture can be burned reliably. And if the process of S120 is performed, it will transfer to S110 again.
[0073]
Therefore, until the internal combustion engine is sufficiently warmed up, the operation of the internal combustion engine is continued in a state in which the air-fuel mixture can be reliably burned by repeatedly performing the processing of S110 and S120. And do not forcibly cut off the spark discharge. When an affirmative determination is made in S110 and the process proceeds to S130, it is determined whether or not the IG signal (first command signal Sa) has changed in the rising direction (from low level to high level) in S130. Then, the process proceeds to S140, and if a negative determination is made, the same step is repeatedly executed. That is, in S130, the energization start timing of the primary current i1 is detected by determining whether energization to the primary winding L1 by the ignition control process described above has been started based on the change in the IG signal.
[0074]
In the next combustion cycle, when the ignition control process changes the first command signal Sa from the low level to the high level, an affirmative determination is made in S130, and the process proceeds to S140. In S140, the current time T at this time is substituted into the time variable T0, and the energization start time is stored.
[0075]
In subsequent S150, as in S130, it is determined whether or not the IG signal (first command signal Sa) has changed in the rising direction (from low level to high level). If an affirmative determination is made, the process proceeds to S160. If a negative determination is made, the same step is repeatedly executed. That is, in S150, the energization timing in the next combustion cycle is detected after the energization timing of the primary current i1 is detected in S130.
[0076]
When the ignition control process changes the first command signal Sa from the low level to the high level, an affirmative determination is made in S150, and the process proceeds to S160. In S160, the current time T at this time is substituted into the time variable T1, and the ignition timing is stored.
[0077]
In subsequent S170, the engine speed of the internal combustion engine is calculated based on the time variable T0 stored in S140 and the time variable T1 stored in S160. Here, since the time difference (T1-T0) between the time variable T0 and the time variable T1 is equal to the period of one combustion cycle, the engine speed of the internal combustion engine is calculated by calculating the reciprocal of the time difference (T1-T0). can do.
[0078]
In subsequent S180, the value of the time variable T1 is substituted into the time variable T0 to prepare for the next calculation of the engine speed. In next S190, the engine load of the internal combustion engine is detected. Here, since the engine load is proportional to, for example, the magnitude of the throttle valve opening or the intake pipe negative pressure, the engine load is detected based on the output signal of the throttle opening sensor or the output signal of the intake pipe pressure sensor. be able to.
[0079]
In subsequent S200, the spark discharge duration Tt is set based on the engine speed calculated in S170 and the engine load detected in S190. In the present embodiment, the spark discharge duration Tt is calculated using the first map using the engine speed and the engine load as parameters.
[0080]
Here, FIG. 4 shows an example of the first map used for calculating the spark discharge duration Tt. As shown in FIG. 4, the first map is set so that the spark discharge duration Tt decreases as the engine speed increases, and the spark discharge duration Tt decreases as the engine load increases. I know that. That is, the first map is set so that the spark discharge duration Tt becomes shorter as the operating condition in the internal combustion engine becomes an operating condition in which the ignitability to the air-fuel mixture becomes better.
[0081]
When the engine load is low and the engine speed is low, the spark discharge duration Tt is the longest spark discharge duration as shown in FIG. Time) is set. In this way, when the longest spark discharge duration is set, the primary discharge is conducted by the spark discharge cut-off circuit 21 after the spark discharge has ended naturally, so that the spark discharge is forcibly cut off substantially. It will not be broken.
[0082]
Further, in S200, when the spark discharge interruption timing after the spark discharge duration Tt has elapsed since the occurrence of the spark discharge is later than the multiple discharge occurrence timing of the spark discharge, the spark discharge interruption timing is more than the multiple discharge occurrence timing. The spark discharge duration Tt is corrected so as to be faster. That is, when the spark discharge duration Tt calculated from the first map is longer than the time (normal discharge time) in which normal discharge is performed from when the spark discharge occurs until the multiple discharge occurs, the spark discharge continues. A short time equal to or shorter than the normal discharge time is set as the time Tt.
[0083]
Since the normal discharge time varies depending on the operating conditions, for example, the multiple discharge occurrence timing (secondary current value at which multiple discharges occur) in the spark plug that has reached the wear limit in an actual internal combustion engine is investigated in advance for each operating condition. A map for calculating the normal discharge time is prepared based on the result of the investigation, using the numerical value representing the operating condition as a parameter, and the normal discharge time is calculated from this map. As a numerical parameter representing the operating condition at this time, for example, an engine speed or an engine load proportional to the turbulent flow velocity of the air-fuel mixture, or an operating time integrated value of the internal combustion engine proportional to the plug gap length of the spark plug is used. Good. In this embodiment, the second map is set based on the previously prepared survey result, and the spark discharge is continued using the normal discharge time calculated based on the second map so that multiple discharge does not occur. The time Tt is corrected.
[0084]
However, if the spark discharge duration Tt set so that multiple discharge does not occur is shorter than the shortest spark discharge duration required for ignition of the air-fuel mixture, priority is placed on ignition performance over suppression of multiple discharge. Then, the shortest spark discharge duration required for ignition of the air-fuel mixture is set as the spark discharge duration Tt.
[0085]
Therefore, in S200, when the spark discharge duration Tt calculated using the first map is longer than the normal discharge time calculated using the second map, the spark discharge duration Tt is equal to or less than the normal discharge time. The spark discharge duration time Tt is used in the following processing. When the spark discharge duration Tt is equal to or shorter than the normal discharge time, the spark discharge duration Tt calculated using the first map is used as it is in the following processing.
[0086]
In subsequent S210, it is determined whether or not the IG signal (first command signal Sa) has changed in the falling direction (from high level to low level). If an affirmative determination is made, the process proceeds to S220 and a negative determination is made. Repeat the same steps. That is, in S210, the spark discharge generation timing (ignition timing) by the above-described ignition control processing is detected based on the IG signal (first command signal Sa).
[0087]
When the ignition control process changes the first command signal Sa from the high level to the low level, an affirmative determination is made in S210, and the process proceeds to S220. In S220, the current time T at this time is substituted into the time variable T2, and the ignition timing is stored. In subsequent S230, it is determined whether or not the value obtained by subtracting the time variable T2 from the current time T is equal to the spark discharge duration Tt set in S200. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S240 and a negative determination is made. Then, the same step is repeatedly executed. In other words, in S230, it is determined whether or not the timing at which the spark discharge duration Tt has elapsed from the ignition timing (spark discharge cutoff timing) has been reached.
[0088]
When the spark discharge cutoff timing is reached, an affirmative determination is made in S230, and the flow proceeds to S240. In S240, the first command signal Sa and the second command signal Sb are changed from the low level to the high level, respectively, and the primary current i1 is re-energized to forcibly cut off the spark discharge. In S240, the high level duration of the first command signal Sa is set in advance, and when the first level of the first command signal Sa is changed from the low level to the high level, the first level of the first command signal Sa is changed to the first level. The command signal Sa is changed from high level to low level. Further, in S240, the spark discharge cutoff completion time is set in advance such that the primary current i1 decreases and no current flows in the primary winding L1, and the second command signal Sb is changed from the low level to the high level. Then, when the spark discharge cutoff completion time has elapsed, the second command signal Sb is changed from the high level to the low level.
[0089]
When the process in S240 is executed, the process proceeds to S150 again, and in S150, the primary current energization timing for the next spark discharge is detected. And a spark discharge interruption | blocking process performs the forced interruption | blocking of a spark discharge by repeatedly performing the process from S150 to S240 until an internal combustion engine is stopped. In S170 executed after the processing up to S240, the time variable T0 stored in the processing of S180 in the previous combustion cycle and the time variable T1 stored in the processing of S160 in the current combustion cycle are stored. Based on the above, the engine speed is calculated.
[0090]
In this embodiment, the ignition control process executed by the ECU 19 and the transistor 17 constituting the igniter correspond to the spark discharge generating means described in the claims, and the spark discharge cutoff circuit 21 serves as the spark discharge cutoff means. Correspondingly, the process of S200 executed by the ECU 19 to set the spark discharge duration Tt corresponds to the spark discharge duration calculation means, and has reached the timing when the spark discharge duration Tt has passed (spark discharge cutoff timing). S230 and S240 for forcibly cutting off the spark discharge when the determination is affirmative corresponds to the spark discharge cutoff timing control means.
[0091]
As described above, in the internal combustion engine ignition device 1 according to this embodiment, the ignition high voltage generated in the secondary winding L2 of the ignition coil 15 is generated by turning on and off the transistor 17 constituting the igniter. Applied to the spark plug 13, spark discharge is generated between the electrodes 13 a-13 b of the spark plug 13. Thereafter, when the spark discharge duration Tt determined based on the operating state of the internal combustion engine has elapsed, the spark discharge is forced by causing the spark discharge cutoff circuit 21 to flow the primary current i1 again to the primary winding L1 of the ignition coil 15. Is configured to shut off automatically.
[0092]
In this embodiment, since the spark discharge is generated by the high voltage for ignition, the mixture can be reliably ignited, and the spark energy is not excessive, and the multiple discharge is not generated. Since the spark discharge duration Tt is calculated as described above, it is possible to extend the life of the spark plug by suppressing the consumption of the spark plug electrode.
[0093]
In addition, in the calculation of the spark discharge duration in the spark discharge interruption process, the spark discharge duration is calculated so that multiple discharges do not occur, so that multiple discharges can be prevented and the spark plug electrode is wasted. It is no longer consumed and the life of the spark plug can be extended.
[0094]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can take various forms.
Therefore, as a second embodiment, an internal combustion engine ignition device configured to suppress the magnitude of current flowing when the capacitor 27 is discharged will be described.
[0095]
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing the configuration of the internal combustion engine ignition device of the second embodiment. In the following description, the same components as those in the first embodiment will be described with the same numbers (symbols).
As shown in FIG. 7, the internal combustion engine ignition device 1 of the second embodiment includes a power supply device (battery) 11 for supplying electric energy for discharge (for example, a voltage of 12 V), and an ignition provided in a cylinder of the internal combustion engine. An ignition coil 15 comprising a plug 13, a primary winding L1 and a secondary winding L2, an npn-type transistor 17 connected in series with the primary winding L1, and a spark discharge cutoff circuit for forcibly shutting off a spark discharge 21 and an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 19 that outputs a first command signal Sa and a second command signal Sb to the transistor 17 and the spark discharge cutoff circuit 21, respectively.
[0096]
Here, in the internal combustion engine ignition device 1 according to the second embodiment, the components other than the spark discharge cutoff circuit 21 are the same as those in the first embodiment, and therefore, the description of the same components is omitted. A spark discharge cutoff circuit 21 which is a component different from the embodiment will be described.
[0097]
As shown in FIG. 7, in the spark discharge cutoff circuit 21 of the second embodiment, the emitter is grounded, the base is connected to the terminal that outputs the second command signal Sb of the ECU 19, and the collector is one end (electrode) of the capacitor 27. And an npn-type transistor 25 that is grounded via a diode 23. The diode 23 has an anode grounded and a cathode connected to the collector of the transistor 25. The capacitor 27 has a connection end (electrode) opposite to the connection end (electrode) to the transistor 25 connected to the primary winding L <b> 1 via the resistor 31. Further, the diode 29 is connected in parallel to the resistor 31, and the anode of the diode 29 is connected to the connection end of the resistor 31 and the primary winding L 1, and the cathode is connected to the connection end of the resistor 31 and the capacitor 27. Yes.
[0098]
When the second command signal Sb output from the ECU 19 is at a low level, the transistor 25 in the spark discharge cutoff circuit 21 is turned off, and the spark discharge cutoff circuit 21 starts from the positive electrode of the power supply device 11 to the primary winding. The primary current i1 does not flow in the direction toward the line L1.
[0099]
Further, when the second command signal Sb is at the high level, the transistor 25 in the spark discharge cutoff circuit 21 is turned on as in the first embodiment, and the spark discharge cutoff circuit 21 is turned on from the positive side of the power supply device 11. An energization path of the primary winding L1 is formed through the primary winding L1 of the ignition coil 15 to the negative electrode side of the power supply device 11, and a primary current i1 is passed through the primary winding L1. At this time, the current flowing from the primary winding L 1 into the capacitor 27 flows through the diode 29.
[0100]
Then, as electric charge is accumulated in the capacitor 27 due to the current flowing in the energization path, the primary current i1 gradually decreases, and the capacitor 27 has a constant time constant determined by the inductance of the primary winding L1 and the capacitance of the capacitor 27. When a predetermined amount of charge is accumulated, no current flows through the capacitor 27 and the primary current i1 is cut off.
[0101]
However, when the capacitor 27 is fully charged with the electrode connected to the primary winding L1 side being positive, the primary current i1 does not flow even if the second command signal Sb is at a high level. It is necessary to discharge the electric charge accumulated in the capacitor 27. Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the first command signal Sa for generating a high voltage for ignition is set to a high level, that is, the transistor 17 is turned on, whereby the capacitor 27 When the battery is charged, the charge can be discharged.
[0102]
That is, when the transistor 17 is turned on, a closed loop is formed by the transistor 17, the resistor 31, the capacitor 27, and the diode 23, and a current flows through the closed loop by the electric charge accumulated in the capacitor 27, so that the capacitor 27 is discharged. The At this time, since the current discharged from the capacitor 27 flows through the resistor 31 instead of the diode 29, the resistance value of the energization path increases. For this reason, the value of the current flowing through the energization path is reduced, and the amount of current flowing through the transistor 17 is suppressed. As a result, it is possible to suppress the heat generation of the transistor 17 when the electric charge accumulated in the capacitor 27 is discharged.
[0103]
Therefore, when the second command signal Sb is changed from the low level to the high level with the capacitor 27 being discharged, the spark discharge cutoff circuit 21 starts energizing the primary current i1 to the primary winding L1. The primary current i1 is gradually decreased as time passes, and finally the primary current i1 is cut off. Then, the first command signal Sa becomes high level again to generate the next ignition high voltage, whereby the charge accumulated in the capacitor 27 is discharged.
[0104]
Then, the ECU 19 of the second embodiment controls the first command signal Sa by executing the ignition control process similar to that of the first embodiment, and generates a spark discharge between the electrodes of the spark plug 13 to generate the air-fuel mixture. The internal combustion engine is operated by burning. Further, the ECU 19 of the second embodiment calculates the spark discharge duration by executing the same spark discharge cutoff process as that of the first embodiment, and controls the first command signal Sa and the second command signal Sb. The spark discharge is forcibly cut off.
[0105]
As in the first embodiment, the ECU 19 is for comprehensively controlling the internal combustion engine. In order to perform an ignition control process, the ECU 19 separately detects an operating state detection process for each part of the engine. It is carried out. Therefore, the internal combustion engine ignition device 1 according to the second embodiment is similar to the first embodiment in that the transistor 17 is turned on and off in response to a command from the ECU 19 to thereby turn the ignition plug 13 from the secondary winding L2 of the ignition coil 15. After a spark discharge is generated between the electrodes 13a-13b of the spark plug 13 by applying an ignition high voltage to the spark plug 13, the spark discharge time Tt determined based on the operating state of the internal combustion engine has elapsed. The spark discharge is forcibly interrupted by causing the primary current i1 to flow again through the primary winding L1 of the ignition coil 15 by the interrupting circuit 21.
[0106]
Therefore, according to the ignition device for an internal combustion engine of the second embodiment, the spark discharge duration time can be controlled, and the same effect as the ignition device for the internal combustion engine of the first embodiment can be exhibited. In the second embodiment, the primary current i1 flowing through the primary winding L1 is divided into two transistors and flowed through the two transistors as in the first embodiment. Therefore, the ignition for the internal combustion engine configured to flow through one transistor. Compared to the device, the energization time per transistor is shortened, and the amount of energized current is reduced. Accordingly, the amount of heat generated by the transistor can be suppressed, and the burden on the transistor can be further reduced.
[0107]
Furthermore, in the second embodiment, since the magnitude of the current flowing when discharging the electric charge accumulated in the capacitor 27 is limited by the resistor 31, the magnitude of the current flowing in the transistor 17 can be limited. The heat generation of the transistor 17 can be suppressed. Therefore, the burden on the transistor 17 can be further reduced. As the resistor 31, it is desirable to use a resistor having a resistance value of 1 to 100 [Ω] in consideration of suppression of the current flowing through the transistor and the discharge time of the capacitor 27. In addition, when the spark discharge is interrupted, a large primary current i1 flowing through the primary winding L1 can be secured by the diode 29, and the spark discharge can be reliably interrupted.
[0108]
Next, in order to confirm the effect of the ignition device for the internal combustion engine of the second embodiment, the secondary winding L2 of the ignition coil 15 when the spark discharge duration time Tt is actually changed using the internal combustion engine. FIG. 8 shows the measurement results obtained by measuring the change in the secondary current i2 flowing through. The measurement was performed using an internal combustion engine fueled by city gas 13A, the main component of which is methane gas, and operating at a rotational speed of 2000 rpm. (A) Forcibly cut off spark discharge. The measurement was performed under three conditions: (b) when the spark discharge duration Tt was 1.0 [mS], and (c) when the spark discharge duration Tt was 0.5 [mS]. In this measurement, the capacitance of the capacitor 27 was 100 [μF], and the resistance value of the resistor 31 was 5 [Ω]. FIG. 8 shows the measurement results with the vertical axis representing the secondary current and the horizontal axis representing time. The ignition device for the internal combustion engine used in Example 2 was used.
[0109]
First, FIG. 8A shows a measurement result when the spark discharge is not forcibly interrupted, and a spark discharge occurs at the ignition timing (the time indicated by the vertical axis in the figure), and a secondary current flows. After the start, the current value gradually decreases, and the current value largely fluctuates and fluctuates after about 0.7 [mS] from the ignition timing, and it can be seen that multiple discharges are generated. Thereafter, multiple discharges continue to occur, and when about 1.3 [mS] has elapsed from the ignition timing, the current value becomes 0 [mA], and the spark discharge is naturally terminated.
[0110]
Next, FIG. 8B is a measurement result when the spark discharge duration Tt is 1.0 [mS]. Like FIG. 8A, the ignition timing (the vertical axis in the figure is described). The secondary current begins to flow after the spark discharge occurs, and the current value gradually decreases, and the current value is greatly disturbed and fluctuates around 0.7 [mS] after the ignition timing. Thus, it can be seen that multiple discharge occurs. Thereafter, although multiple discharges continue to occur, the spark discharge is forcibly cut off when 1.0 [mS] has elapsed from the ignition timing, and the current value becomes 0 [mA]. Accordingly, it is possible to prevent the occurrence of multiple discharges after 1.0 [mS] has elapsed from the ignition timing, and it is possible to suppress electrode consumption of the spark plug.
[0111]
Further, FIG. 8C shows the measurement results when the spark discharge duration Tt is 0.5 [mS]. Like FIGS. 8A and 8B, the ignition timing (the vertical axis in FIG. After the spark discharge occurs at the indicated time) and the secondary current begins to flow, the current value gradually decreases, and the spark discharge is forced when about 0.5 [mS] has elapsed from the ignition timing. The current value is 0 [mA]. Thereby, generation | occurrence | production of multiple discharge can be prevented and the electrode consumption of a spark plug can be suppressed further.
[0112]
Therefore, according to the ignition device for an internal combustion engine of the embodiment to which the present invention is applied, the spark discharge can be surely interrupted within the set spark discharge duration, and the excessive supply of the spark discharge is suppressed and the spark plug is suppressed. Can extend the lifetime of
[0113]
Moreover, in order to confirm the reliability regarding the ignitability in the ignition device for an internal combustion engine of the present invention, the measurement result of measuring the misfire rate when actually changing the spark discharge duration Tt using the internal combustion engine is shown in FIG. Shown in This measurement is performed in four stages (800, 1000, 1500, 2000 [rpm]) when the internal combustion engine using city gas 13A mainly composed of methane gas is used as fuel and the engine load is 25%. When the occurrence rate of misfire (misfire rate) in each case is not forcibly cut off spark discharge, the spark discharge duration Tt is 1.0 [mS], 0.5 [mS], 0.2 [mS]. Each was performed under four conditions. In FIG. 9, measurement results are shown with the vertical axis representing the misfire rate, the horizontal axis representing the spark discharge duration, and the depth axis representing the engine speed.
[0114]
From the measurement results shown in FIG. 9, it can be seen that the higher the engine speed, the better the operation of the internal combustion engine without misfire even if the spark discharge duration Tt is set shorter. On the contrary, as the engine speed becomes lower, the spark discharge is not forcibly cut off, or the spark discharge duration time Tt is set to be relatively long so that the internal combustion engine can be operated well without misfire. I understand that. Thereby, in the ignition device for an internal combustion engine of the present invention, even when the spark discharge duration time Tt is calculated so that the spark discharge cutoff timing becomes earlier as the engine speed increases in the internal combustion engine, the ignitability deteriorates. It can be understood that the operating state of the internal combustion engine can be maintained well without doing so.
[0115]
Next, FIG. 9 shows the measurement result of the misfire rate when the engine load is 25%. However, the engine load is 100%, and other conditions are the same as the measurement shown in FIG. Thus, the misfire rate when the spark discharge duration Tt was changed was measured. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 10, as in FIG. 9, the measurement results are shown with the vertical axis representing the misfire rate, the horizontal axis representing the spark discharge duration, and the depth axis representing the engine speed.
[0116]
As is apparent from the comparison of the measurement result shown in FIG. 10 with the measurement result shown in FIG. 9, in the ignition device for an internal combustion engine of the present invention, the spark discharge cut-off timing becomes earlier as the engine load becomes higher. Even when the discharge duration Tt is calculated, it can be understood that the operating state of the internal combustion engine can be maintained well without deterioration of the ignitability. That is, by calculating the optimum spark discharge duration Tt in accordance with the engine speed and / or engine load in the internal combustion engine, the air-fuel mixture can be reliably burned and the occurrence of misfire can be suppressed. Can do it.
[0117]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
For example, in the above embodiment, when the internal combustion engine is not sufficiently warmed up, the spark discharge cutoff process is configured not to perform the spark discharge cutoff process. You may make it perform the interruption | blocking process of a spark discharge by calculating so that it may become the longest. At this time, the longest spark discharge duration calculated in the spark discharge cutoff process is preferably set in advance so as to be a time during which the air-fuel mixture can be reliably burned even under operating conditions with poor ignitability.
[0118]
In the above embodiment, the calculation of the spark discharge duration Tt and the normal discharge time at S200 in the spark discharge cutoff control process is performed using a map. However, the present invention is not limited to the map. You may calculate by the calculation formula which uses a rotation speed, an engine load, etc. as a parameter. Further, in each embodiment, a current is allowed to flow from the secondary winding L2 to the primary winding L1 at the connection portion between the secondary winding L2 and the primary winding L1, and the current in the reverse direction is allowed to flow. In order to prevent the flow, a rectifying element D made of a diode or the like is provided. However, the installation position of the rectifying element D may be a connecting portion between the secondary winding L2 and the spark plug 13.
[0119]
Further, in the first and second embodiments, the spark discharge is cut off by energizing / cutting off the transistor 25 (including the transistor 17 in the first embodiment) according to a command (signal) of the ECU 19. This spark discharge interruption can also be performed without going through the ECU 19. Specifically, angle signal input means capable of inputting a crank angle signal accompanying rotation of the internal combustion engine, means for calculating the engine speed based on the angle signal, and spark discharge duration based on the engine speed. The spark discharge duration calculation means and the spark discharge cutoff timing control means to be calculated can be provided (added) to an igniter including the transistor 17. Thereby, the forced interruption | blocking of the spark discharge which is the characteristics of this invention can be performed based on the driving | running state of an internal combustion engine, without burdening ECU.
[0120]
Further, in the first and second embodiments, when the spark discharge is cut off, the first command signal Sa and the second command signal Sb are respectively changed to a high level, and the transistor 17 and the spark discharge cut-off circuit 21 are changed. However, the primary current may be re-energized only with the spark discharge cutoff circuit 21 by setting only the second command signal Sb to the high level. Thus, by controlling only the second command signal Sb and not performing the control of the first command signal Sa, the spark discharge cutoff process is performed as compared with the first and second embodiments described above. It is possible to reduce the processing executed in Therefore, it is possible to reduce the processing load on the ECU 19 in which the spark discharge cutoff process is executed as compared with the above-described embodiment, and to reduce the burden on the ECU 19 that performs a large number of control processes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine ignition device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a time chart showing the state of each part of the internal combustion engine ignition device according to the first embodiment;
FIG. 3 is a flowchart showing a spark discharge cutoff process executed by an electronic control unit (ECU) according to the embodiment.
FIG. 4 is a first map used for calculating a spark discharge duration in the spark discharge cut-off process.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of spark discharge generated between electrodes of a spark plug, and a graph showing a waveform of a secondary current at the time of spark discharge.
FIG. 6A is a graph showing the relationship between the mixture flow rate between the electrodes and the secondary current value at which multiple discharge begins to occur, and FIG. 6B is a graph showing the distance between the electrodes of the spark plug and multiple discharge. It is a graph which shows the relationship with the secondary current value which starts.
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a configuration of an internal combustion engine ignition device according to a second embodiment.
FIG. 8 is a graph showing measurement results obtained by measuring changes in secondary current flowing in the secondary winding of the ignition coil.
FIG. 9 is a graph showing a measurement result obtained by measuring a misfire rate when changing the spark discharge duration with an engine load of 25%.
FIG. 10 is a graph showing a measurement result obtained by measuring a misfire rate when changing the spark discharge duration with the engine load set to 100%.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine ignition device, 11 ... Power supply device, 13 ... Spark plug, 13a ... Center electrode, 13b ... Ground electrode, 13c ... Insulator, 15 ... Ignition coil, D ... Rectifier element, L1 ... Primary winding, L2 ... secondary winding, 17 ... transistor, 19 ... electronic control unit (ECU), 21 ... spark discharge cutoff circuit, 23 ... diode, 25 ... transistor, 27 ... capacitor.

Claims

An ignition coil in which a secondary winding forms a closed loop with an ignition plug mounted on the internal combustion engine;
Spark discharge generating means for generating a high voltage for ignition in the secondary winding and generating a spark discharge between the electrodes of the spark plug by energizing and interrupting a primary current flowing in the primary winding of the ignition coil;
A spark discharge duration calculating means for calculating a spark discharge duration required to burn the air-fuel mixture by the spark discharge of the spark plug based on the operating state of the internal combustion engine;
Spark discharge blocking means for forcibly blocking the spark discharge of the spark plug according to the spark discharge duration calculated by the spark discharge duration calculation means;
Internal combustion engine, wherein the on time when the spark-discharge duration time from the occurrence of the spark discharge by the spark discharge generating means has elapsed, with a, and sparks discharge interruption timing control means Ru is operated the spark discharge interrupting means Ignition device.

2. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is a gas engine using gaseous fuel as fuel.

The spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration to be shorter in an operating state in which the ignitability of the air-fuel mixture becomes better in the internal combustion engine. Item 3. The ignition device for an internal combustion engine according to Item 2.

4. The spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration so that the spark discharge duration decreases as the engine speed increases in the internal combustion engine. The ignition device for internal combustion engines as described.

5. The spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration to be shorter as the engine load is increased in the internal combustion engine. 6. Ignition device for internal combustion engine.

The spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration so that the spark discharge cutoff timing is earlier than the occurrence timing of multiple discharges generated with a decrease in energy accumulated in the ignition coil. 6. The ignition device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition device is an internal combustion engine.

During an operating state immediately after the internal combustion engine is started and until the internal combustion engine is sufficiently warmed up, the spark discharge duration calculation means calculates the spark discharge duration to be the longest, or the spark discharge cutoff timing control means for an internal combustion engine ignition system according to any one of claims 1 to 6, characterized in, that does not perform the forcible cut-off of the spark discharge so as not to operate the spark discharge interrupting means .