図面 (/)

技術 内燃機関の点火装置及び点火方法

出願人 ダイヤモンド電機株式会社
発明者 島川英明片岡尚紀吉岡和哉
出願日 2015年3月24日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2015-060855
公開日 2016年10月13日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2016-180353
状態 拒絶査定
技術分野 変成器又はリアクトル一般 内燃機関の点火装置
主要キーワード 収束傾向 追加放電 流動場 点火トランス 活性化学種 燃焼実験 放電システム 点火サイクル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

小型化と低コスト性を維持しつつ、強い流動場でも正常な着火動作を実現できる点火装置及び点火方法を提供する。

解決手段

点火プラグに対応して一の点火トランスTRが配置され、一次コイル一次電流通電制御する電子素子を制御する制御装置は、点火放電イミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、電子素子のON/OFF動作を複数N回繰り返す第2手段と、が必要時に機能するよう構成され、第2手段は、二次電流のN個目ピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返す

概要

背景

排ガス中の窒素酸化物の低減を図ると共に燃費の改善を目的として、希薄燃焼(Lean burn)方式を採ると共に、EGR排気再循環:Exhaust Gas Recirculation)によるポンピングロスの低減化を図ることが知られている。

また、燃焼室タンブル縦渦流)やスワール(横渦流)などの旋回流を発生させることで燃焼定性を図り、且つ、燃費改善や窒素酸化物の低減を図ることも知られている。一般に、旋回流を強めればEGR限界が向上するところ、この傾向は、空燃比を上げてもほぼ同様である。

概要

小型化と低コスト性を維持しつつ、強い流動場でも正常な着火動作を実現できる点火装置及び点火方法を提供する。点火プラグに対応して一の点火トランスTRが配置され、一次コイル一次電流通電制御する電子素子を制御する制御装置は、点火放電イミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、電子素子のON/OFF動作を複数N回繰り返す第2手段と、が必要時に機能するよう構成され、第2手段は、二次電流のN個目ピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返す

目的

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、小型化と低コスト性を維持しつつ、強い流動場でも正常な着火動作を実現できる点火装置及び点火方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

内燃機関燃焼室着火動作を実現する点火プラグに対応して配置され、電磁結合された一対の一次コイル及び二次コイルで構成される点火トランスと、ON/OFF動作することで、一次コイルの一次電流通電制御する電子素子と、電子素子のON/OFF動作を制御する制御装置と、を有して構成された点火装置であって、前記制御装置は、点火放電イミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させて一次コイルの一次電流を増加させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、電子素子のON/OFF動作を複数N回繰り返す第2手段と、が必要時に機能するよう構成され、第2手段は、二次電流のN個目ピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返していることを特徴とする点火装置。

請求項2

第2手段が実行するON/OFF動作の繰返し回数は、エンジン回転速度、空燃比、及び、ERG率の全部又は一部に基づいて予め決定されている請求項1に記載の点火装置。

請求項3

ON/OFF動作のデューティ比は、45〜55%である請求項1又は2に記載の点火装置。

請求項4

第1手段及び第2手段は、EGR率20〜50%の運転条件で機能している請求項1〜3の何れかに記載の点火装置。

請求項5

第2手段は、電子素子のON/OFF動作を5回〜15回繰り返す請求項1〜4の何れかに記載の点火装置。

請求項6

第2手段は、電子素子のOFF動作期間を、75μS以下に制御している請求項1〜5の何れか記載の点火装置。

請求項7

第2手段は、エンジン回転数が、3000回転以下の運転条件で機能する請求項1〜6の何れか記載の点火装置。

請求項8

内燃機関の燃焼室で着火動作を実現する点火プラグに対応して配置され、電磁結合された一対の一次コイル及び二次コイルで構成される点火トランスと、ON/OFF動作することで、一次コイルの一次電流を通電制御する電子素子と、電子素子のON/OFF動作を制御する制御装置と、を有する点火装置の点火方法であって、前記制御装置は、点火放電タイミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させて一次コイルの一次電流を増加させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、電子素子のON/OFF動作を複数N回繰り返す第2手段と、が必要時に機能するよう構成され、第2手段は、二次電流のN個目のピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返していることを特徴とする点火方法。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関点火プラグを最適に放電させる放電システムに関し、多重点火方式を採る点火装置に好適に適用される。

背景技術

0002

排ガス中の窒素酸化物の低減を図ると共に燃費の改善を目的として、希薄燃焼(Lean burn)方式を採ると共に、EGR排気再循環:Exhaust Gas Recirculation)によるポンピングロスの低減化を図ることが知られている。

0003

また、燃焼室タンブル縦渦流)やスワール(横渦流)などの旋回流を発生させることで燃焼定性を図り、且つ、燃費改善や窒素酸化物の低減を図ることも知られている。一般に、旋回流を強めればEGR限界が向上するところ、この傾向は、空燃比を上げてもほぼ同様である。

先行技術

0004

特開2012−167665号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、旋回流を強めてEGR限界を向上させるには、強い流動場においても失火がなく、正常な着火動作担保されることが前提となる。ここで、一の点火プラグに複数の点火コイルを接続し、複数の点火コイルを相補的に動作させる多重点火方式も考えられるが(特許文献1参照)、このような構成では、勢い、点火コイルが大型化し、製造コストも増加するという問題がある。

0006

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、小型化と低コスト性を維持しつつ、強い流動場でも正常な着火動作を実現できる点火装置及び点火方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記の目的を達成するため、本発明者は、強タンブルや超強タンブル下において一発点火方式と、多重点火方式による燃焼実験を繰り返して、安定な燃焼を実現するEGR限界を検討した。その結果、一発点火方式の場合、通常レベル充電エネルギーでは、点火放電により生じた活性化学種(O,H,OHなどのラジカル)が分子拡散される火炎伝播過程二次電流不足して、強タンブル下では、安定した燃焼に至らないことが判明した。

0008

そこで、一の点火プラグに、一の点火コイルを接続する回路構成を前提に、多重点火方式の燃焼実験を繰り返した。その結果、一の点火サイクルが、最初の基本放電と、これに続くN回の追加放電とで実現される多重点火方式において、N回の追加放電時に漸次減少する二次電流のN個のピーク値を、所定レベル以上に維持すれば、EGR率20〜50%程度のEGR制御において、強い流動場でも、安定した燃焼が実現できることを見出して本発明を完成させた。なお、本明細書において、ピーク値とは、絶対値で評価したピーク値を意味する。

0009

本発明では、N回の追加放電において漸次減少するN個のピーク値について、N個目のピーク値が、一個目のピーク値の1/3以上になるよう制御され、具体的には、追加放電時の二次電流がゼロとなる期間が、事実上継続されない高速度で、追加放電を繰り返す制御が実行される。

0010

すなわち、本発明は、内燃機関の燃焼室で着火動作を実現する点火プラグに対応して配置され、電磁結合された一対の一次コイル及び二次コイルで構成される点火トランスと、ON/OFF動作することで、一次コイルの一次電流通電制御する電子素子と、電子素子のON/OFF動作を制御する制御装置と、を有して構成された点火装置であって、前記制御装置は、点火放電タイミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させて一次コイルの一次電流を増加させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、電子素子のON/OFF動作を複数N回繰り返す第2手段と、が必要時に機能するよう構成され、第2手段は、二次電流のN個目のピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返している。

0011

また、本発明は、内燃機関の燃焼室で着火動作を実現する点火プラグに対応して配置され、電磁結合された一対の一次コイル及び二次コイルで構成される点火トランスと、ON/OFF動作することで、一次コイルの一次電流を通電制御する電子素子と、電子素子のON/OFF動作を制御する制御装置と、を有する点火装置の点火方法であって、必要な点火放電タイミングに至るまで、電子素子のON動作を継続させて一次コイルの一次電流を増加させ、その後、電子素子をOFF動作させる第1手段と、第1手段が電子素子をOFF動作させた後、所定の運転条件下、電子素子のON/OFF動作を複数回繰り返す第2手段と、を有して構成され、第2手段は、二次電流のN個目のピーク値が、一回目のピーク値の1/3以上となるよう、電子素子のON/OFF動作を繰り返している。

0012

このような燃焼制御は、追加放電時の二次電流がゼロとなる期間が、事実上継続されない程度の高速度で追加放電を繰り返すことで実現され、具体的には、150μS以下の動作周期点火パルスパルス周期)で、追加放電を繰り返せば良い。好ましくは、100μS以下の動作周期、更に好ましくは、80μS以下の動作周期とすべきであり、最適には、電子素子の動作速度の限界まで動作周期を短くするのが好ましい。

0013

ここで、電子素子の動作周期を規定する点火パルスのデューティ比が問題になるが、電子素子のON期間は、これが長いほど、一次電流が増加してコイル蓄積される電磁エネルギーが増加するが、一方、電子素子のON期間は二次電流が収束傾向となるので、余り長く設定するのは好ましくない。そこで、好適には、点火パルスのデューティ比(=ON期間/パルス周期)を、45%〜55%程度に設定すべきであり、50%に設定するのが最も好適である。

0014

何れにしても、本発明では、多重点火時において、電子素子のON/OFF動作周期が短いので、第1手段が充電した充電エネルギーを無駄に放電することがなく、また、短期間の間に、繰り返しラジカルが生成されるので、強タンブル下でも、円滑な火炎伝播が実現され、安定した燃焼を実現することができる。

0015

なお、通常の多重点火方式では、デューティ比50%の点火パルスのパルス周期が、400〜500μS程度であるので(特許文献1の実施例4)、点火パルスのON期間(200〜250μS)に二次電流が消滅して、ラジカルを密集させることができず、本発明と同等の効果を発揮することはできない。

0016

第1手段及び第2手段は、好ましくは、EGR率20〜50%の運転条件で機能している。また、第2手段は、好ましくは、電子素子のON/OFF動作を5回〜15回繰り返すべきであり、運転条件に対応して、繰り返し回数を調整すべきである。

0017

最適には、パルス周期を80μS以下、デューティ比50%の点火パルスについて、追加放電の繰返し回数Nを、運転条件に対応してマップ化しておくのが好適である。最適な繰り返し回数は、実験的に確定されるが、運転条件は、エンジン回転数、空燃比、EGR量点火タイミング(遅角制御量)などで特定され、着火困難性に対応して、追加放電の繰返し回数を増加させるのが好ましい。

発明の効果

0018

上記した本発明によれば、小型化と低コスト性を維持しつつ、強い流動場でも正常な着火動作を実現することができる。

図面の簡単な説明

0019

実施例に係る点火装置を示すブロック図である。
二次電圧と二次電流の関係を図示したものである。
点火パルスと、一次電流の関係を図示したものである。
点火パルスと、一次電流の関係を示す参考図である。
点火パルスと、二次電流の関係を示す参考図である。
一次電流と二次電流の関係を示す参考図である。
二次電圧と二次電流の関係を示す参考図である。

実施例

0020

以下、実施例について更に詳細に説明する。但し、以下に示す具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。

0021

図1は、実施例に係る点火装置を示すブロック図である。図示の通り、電磁結合された一次コイルL1及び二次コイルL2で構成された点火トランスTRと、一次コイルL1の一次電流I1を通電制御するイグナイタQと、点火パルスSGに基づいてイグナイタQのON/OFF動作を制御するECU(Engine Control Unit)と、バッテリ電圧BTを受けて、これを昇圧するDC/DCコンバータCVと、点火放電方向を規制するダイオードDと、を有して構成されている。

0022

なお、イグナイタQは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などで構成されるが、動作速度が速い高耐圧の素子が選択される。また、DC/DCコンバータCVの動作は、ECUによって最適制御されている。

0023

図示の通り、一個の点火プラグPGに対して、一個の点火トランスTRが配置されており、イグナイタQがON動作すると、一次コイルL1の一次電流I1は、昇圧された直流電圧Vccで規定される飽和電流に向けて増加する。但し、イグナイタQの遊漂容量Ccや反応速度の限界に対応して、点火パルスSGのONエッジから一次電流I1の増加開始までに、若干の時間遅れτ)が生じる。

0024

何れにしても、その後、イグナイタQがOFF遷移すると、二次コイルL2に高レベルの二次電圧V2が発生し、この誘起電圧V2によって点火プラグPGが点火放電して各種の活性化学種(ラジカル)を発生させ、その後、これらが分子拡散される火炎伝播動作が実現される。

0025

但し、この実施例では、運転条件で規定される必要時には、多重点火動作を実行しており、一回の点火タイミングにおいて、繰り返しラジカルを発生させ、これを点火プラグPGの周りに密集させる構成を採っている。

0026

具体的には、EGR率20〜50%程度のEGR制御において、強い流動場でも、安定した燃焼が実現できるよう、デューティ比50%、パルス周期50μSの点火パルスSGを、所定の繰返し回数(N)、イグナイタQに供給する多重点火動作を実行している。繰り返し回数Nは、運転条件によって変化するが、5回〜15回の範囲で最適回数が実験的に規定されている。

0027

図2図7は、一発点火方式や通常の多重点火方式では、高頻度で失火する燃焼条件における燃焼実験の結果を示しており、基本放電の後、パルス幅50μSの点火パルスSGを15回供給して15回の追加放電を実行した実験結果を示している。

0028

図2は、二次コイルL2に誘起する二次電圧V2と、二次コイルL2の二次電流I2の関係を示し、図3は、点火パルスSGのパルス電圧V1と、一次コイルL1の一次電流I1の関係を示している。

0029

二次電流I2は、グランドから二次コイルL2に流れ込むので、図2の左縦軸に示す通り、マイナス値で示している。また、二次電圧V2は、図2の右縦軸に示す通り、グランド電位を基準にしたマイナス値で示している。

0030

図2に示す二次電流I2の推移から確認できる通り、点火放電からの15×50μS経過後でも、二次電流L2のピーク値が、かなりのレベルに維持されている。これは、基本放電時までに点火トランスTRに蓄積された電磁エネルギーが減少する過程で、追加放電を高速度で繰り返すことで、二次電流L2のピーク値の減少傾向を抑制できるためと解される。

0031

図示例では、15個目のピーク値が一個目のピーク値の1/2程度であるが、本発明者の研究によれば、燃焼条件が変わった場合でも、100μS以下の動作周期で追加放電を繰り返すことで、15個目のピーク値が一個目のピーク値の1/3以上にできることが確認された。

0032

なお、二次電流L2のピーク値は、漸次減少傾向となるので、追加放電の回数Nが15回未満の場合には、二次電流のN個目のピーク値は、当然に、一回目のピーク値の1/3以上となる。

0033

そして、最終放電時後のピーク値が一個目のピーク値の1/3以上であれば、EGR率20〜50%程度のEGR制御において、強い流動場でも、安定した燃焼が実現されることが確認されている。

0034

ところで、図4図7は、図2図3の一部を切り出して拡大した参考図である。図4は、点火パルスSGのパルス電圧V1と、一次電流I1の関係を示しており、15回の追加放電によって、一次電流I1の振幅やピーク値が漸次減少することが確認される。

0035

また、図5は、点火パルスSGのパルス電圧V1と、二次電流I2の関係を示しており、15回の追加放電によって二次電流I2のピーク値が、一次電流I1のレベル変化に対応して、漸次減少することが確認される。なお、パルス電圧V1の立下りエッジと、一次電流I1及び二次電流I2の変化開始には、所定の遅延時間τが存在する。

0036

また、図6は、一次電流I1と二次電流I2の関係を示し、図7は、二次電圧V2と二次電流I2の関係を参考的に示している。

0037

PG点火プラグ
L1一次コイル
L2二次コイル
TR点火トランス
I1一次電流
Q電子素子
ECU 制御装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • いすゞ自動車株式会社の「 火花点火式内燃機関」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題】凹穴から離れた位置の混合気によるノッキングを抑制する。【解決手段】火花点火式内燃機関は、シリンダヘッド14からシリンダ12内に向けて突出された中心電極24と、ピストン13の頂面13Aに設けられ... 詳細

  • 株式会社タムラ製作所の「 リアクトル」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題】センサを所望位置に簡便に配置することができるリアクトルを提供する。【解決手段】コア1を被覆する樹脂部材2にセンサ部3を配置する。このセンサ部3は、物理量を検出する検出部31と、検出部31から導... 詳細

  • 株式会社タムラ製作所の「 リアクトル」が 公開されました。( 2021/03/18)

    【課題】センサを所望位置に簡便に配置することができるリアクトルを提供する。【解決手段】コア1を被覆する樹脂部材2にセンサ部3を配置する。このセンサ部3は、物理量を検出する検出部31と、検出部31から導... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ