(57)【要約】      （修正有）【課題】点火デバイスの寿命を長くすることができる容量性点火システムを提供すること。【解決手段】内燃機関のための容量性点火システム１は、電圧変換器４０と、一次電圧源１０と、一次回路内に組み込まれるスイッチT1と、コントローラに接続され、かつ、点火パターンに従ってコントローラを駆動するように適合される第1の制御デバイス２１と、一次回路内に組み込まれて、それにより、スイッチが開くと一次電圧を使用して所定の電荷まで充電することができ、また、スイッチが閉じると一次端子に電荷を引き渡すことができ、したがって二次端子の電圧が点火電圧まで高くなる電気キャパシタンスC1、C2とを有している。本発明によれば、二次端子に接続されている点火デバイス３１の点火エネルギー要求が変化すると、点火電圧に到達するために生じる二次端子の電圧上昇を一定に維持するように適合される第2の制御デバイス２５が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための容量性点火システム(1)であって、複数の一次端子および複数の二次端子を備えた変換器(40)であって、前記一次端子に印加される電圧を前記内燃機関の点火デバイス(31)によって前記二次端子でタップすることができるより高い電圧に変換するように適合される電圧変換器(40)と、一次電圧を供給するための一次電圧源(10)であって、一次回路(20)が形成されるよう、個々の実例ではそれぞれ前記電圧変換器(40)の前記一次端子の一方に接続される複数の電圧源端子(A+、A-)を有する一次電圧源(10)と、前記一次回路内に組み込まれるスイッチ(T1)であって、前記スイッチ(T1)を開閉することができるよう、コントローラ(T1.1)を有するスイッチ(T1)と、前記スイッチ(T1)の前記コントローラ(T1.1)に接続され、かつ、閉および開のための点火パターンに従って前記スイッチ(T1)の前記コントローラ(T1.1)を駆動するように適合され、前記点火パターンが前記内燃機関のために予め定義される第1の制御デバイス(21)と、前記一次回路内に組み込まれる電気キャパシタンス(C1、C2)であって、それにより、前記スイッチ(T1)が開くと前記一次電圧を使用して所定の電荷まで充電することができ、また、前記スイッチ(T1)が閉じると、比放電時間にわたって前記電圧変換器(40)の前記一次端子に前記電荷を引き渡すことができ、したがって前記電圧変換器(40)の前記二次端子の電圧が点火電圧まで高くなる電気キャパシタンス(C1、C2)とを有し、前記点火デバイス(31)の点火エネルギー要求が変化すると、前記点火電圧に到達するために生じる前記二次端子の電圧上昇を一定に維持するように構成される第2の制御デバイス(25)を特徴とする容量性点火システム(1)。
【請求項２】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の関数として前記比放電時間を制御することによって前記電圧の上昇を一定に維持するように適合される、請求項1に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項３】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求が変化しても一定の電圧上昇を維持するよう、前記放電時間を制御することによって前記電圧の上昇を一定に維持するように適合される、請求項2に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項４】
前記一次回路(20)が電気抵抗(R1、R2、R3)および電気インダクタンスを画定し、前記電気キャパシタンス(C1、C2)、前記電気抵抗(R1〜R3)および/または前記電気インダクタンスがその値を調整することができるように構成され、また、前記第2の制御デバイス(25)が、前記電気キャパシタンス(C1、C2)の値、前記電気抵抗(R1〜R3)の値および/または前記電気インダクタンスの値を変更することによって前記電圧の上昇を一定に維持するために前記放電時間を制御するように適合される、請求項2または3に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項５】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火エネルギー要求の増加に起因する前記比放電時間の短縮に対抗するために、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の増加に応じて前記電気キャパシタンス(C1、C2)を大きくするように適合される、請求項4に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項６】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火エネルギー要求の増加に起因する前記放電時間の短縮に対抗するために、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の増加に応じて前記電気抵抗(R1〜R3)を大きくするように適合される、請求項4または5に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項７】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火エネルギー要求の増加に起因する前記放電時間の短縮に対抗するために、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の増加に応じて前記電気インダクタンスを大きくするように適合される、請求項4から6の一項に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項８】
前記電圧変換器(40)が、一次コイル(L1)および二次コイル(L2)を備えた変圧器によって形成され、また、前記電気インダクタンスも前記変圧器によって形成される、請求項7に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項９】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記放電時間を同時に制御している間、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の関数として前記一次電圧のレベルを変更するように適合される、請求項2から8の一項に記載の容量性点火システム(1)。
【請求項１０】
前記第2の制御デバイス(25)が、前記点火デバイス(31)の前記点火エネルギー要求の増加に応じて前記一次電圧を増大するように適合される、請求項9に記載の容量性点火システム(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項1のプリアンブル(preamble)のような、内燃機関のために提供される容量性点火システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上で言及したタイプの容量性点火システムは、例えば米国特許第5245965号明細書によって知られている。
【０００３】
点火プラグの経年劣化過程につれて常に大きくなる有効点火エネルギーを、一次電圧を引き上げることによって提供するために、9個の点火プラグを使用して(点火デバイスとして)必要な最小点火エネルギーから開始することは、現在、容量性点火システムではごく一般的である。
【０００４】
利用可能なエネルギーのみが大きくなるように一次電圧を引き上げることにより、電圧変換器の二次端子の点火プラグによってタップすることができる電圧が、絶縁破壊およびアークの発生に先立ってより急激に高くなる。この効果は点火プラグの損傷をエスカレートさせ、延いては点火プラグの寿命を短くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第5245965号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、請求項1のプリアンブルのような、点火デバイスの寿命を長くすることができる容量性点火システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項1のような容量性点火システムによって達成される。本発明の他の開発は、従属請求項に定義されている。
【０００８】
本発明者は、点火エネルギー要求の増加を電圧による従来の点火エネルギー調整で賄うことによって一次回路の放電時定数が変化することを認識した。より正確には、商用的に入手することができる容量性点火システムの特性比放電時間は、点火エネルギー要求が増加するにつれて短くなる。
【０００９】
本発明によれば、内燃機関、とりわけガソリンによってエネルギーが供給される大型機関のための容量性点火システムは、複数の一次端子および複数の二次端子を有する電圧変換器であって、一次端子に印加される電圧を内燃機関の点火デバイスによって二次端子でタップすることができるより高い電圧に変換するように適合される電圧変換器と、一次電圧を供給するための一次電圧源であって、一次回路が形成されるよう、個々の実例ではそれぞれ電圧変換器の一次端子の一方に接続される複数の電圧源端子を有する一次電圧源と、一次回路内に組み込まれるスイッチであって、スイッチを開閉することができるよう、コントローラを有するスイッチと、スイッチのコントローラに接続され、かつ、閉および開のための点火パターンに従ってスイッチのコントローラを駆動するように適合され、該点火パターンが内燃機関のために予め定義される第1の制御デバイスと、一次回路内に組み込まれる電気キャパシタンスであって、それにより、スイッチが開くと一次電圧を使用して所定の電荷まで充電することができ、また、スイッチが閉じると、比放電時間にわたって電圧変換器の一次端子に電荷を引き渡すことができ、したがって電圧変換器の二次端子の電圧が点火電圧まで高くなる電気キャパシタンスとを有している。本発明による点火システムは、点火デバイスの点火エネルギー要求が変化すると、点火電圧に到達するために生じる二次端子の電圧上昇を一定に維持するように構成される第2の制御デバイスを特徴としている。
【００１０】
言い換えると、本発明によれば、点火エネルギー要求が増加すると、点火エネルギー要求が増加している場合であっても、絶縁破壊に先立って二次側電圧の上昇を一定に維持するために、1つまたは複数のシステムパラメータが第2の制御デバイスによって変更される。
【００１１】
そのため、とりわけ高い点火エネルギーを使用する場合に、点火デバイス(点火プラグとして構成されることが好ましい)の寿命が長くなる。このようにすることにより、サージ特性を選択的に利用することによって絶縁破壊電圧が小さくなり、したがって点火デバイスの摩耗が減少する。
【００１２】
一次電圧源は、例えば、逓昇変換器によってDCが最大約400ボルトの一次電圧まで増大した電池を有することができる。別法としては、一次電圧源は、例えば、コイル変圧器によってACが好ましくは約300ボルトないし400ボルトの一次電圧へと増大し、また、整流器によってDCに変換される内燃機関の交流電源を有することも可能である。
【００１３】
スイッチは、例えば機械式スイッチによって形成することができ、また、機械式コントローラを有することができる。別法としては、スイッチは、例えば電子スイッチによって形成することも可能であり、また、電子コントローラを有することができる。スイッチはサイリスタによって形成されることが好ましく、また、コントローラはサイリスタのゲートによって形成される。
【００１４】
第1の制御デバイスは、例えば制御部分を有することができ、例えば内燃機関のクランク軸に提供されるカム部分を有することができる。第1の制御デバイスは、制御部分と協同して点火信号を生成するセンサを有することができる。第1の制御デバイスは、さらに、サイリスタが電流を通すことができるよう、点火信号に基づいてサイリスタのゲートのための制御パルスを発生する電子パルス発生器を有することができる。
【００１５】
本発明の一実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火デバイスの点火エネルギー要求の関数として比放電時間を制御することによって電圧の上昇を一定に維持するように適合されている。
【００１６】
本発明の他の実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火デバイスの点火エネルギー要求が変化しても一定の電圧上昇を維持するよう、比放電時間を制御することによって電圧の上昇を一定に維持するように適合されている。言い換えると、点火システムの一定の特性放電時間が達成される。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態の形態によれば、一次回路は、電気抵抗および電気インダクタンスを画定しており、また、電気キャパシタンスおよび/または電気抵抗および/または電気インダクタンスは、その値を調整することができるように構成されており、また、第2の制御デバイスは、電気キャパシタンスの値および/または電気抵抗の値および/または電気インダクタンスの値を変更することによって電圧の上昇を一定に維持するために比放電時間を制御するように適合されている。
【００１８】
本発明のさらに他の実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火エネルギー要求の増加に起因する比放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイスの点火エネルギー要求の増加に応じて電気キャパシタンスを大きくするように適合されている。
【００１９】
本発明の一実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火エネルギー要求の増加に起因する比放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイスの点火エネルギー要求の増加に応じて電気抵抗を大きくするように適合されている。
【００２０】
本発明の他の実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火エネルギー要求の増加に起因する放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイスの点火エネルギー要求の増加に応じて電気インダクタンスを大きくするように適合されている。
【００２１】
本発明の他の実施形態の形態によれば、電圧変換器は、一次コイルおよび二次コイルを備えた変圧器によって形成されており、また、電気インダクタンスもその変圧器によって形成されている。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、比放電時間を同時に制御している間、点火デバイスの点火エネルギー要求の関数として一次電圧のレベルを変更するように適合されている。
【００２３】
本発明の他の実施形態の形態によれば、第2の制御デバイスは、点火デバイスの点火エネルギー要求の増加に応じて一次電圧を増大するように適合されている。
【００２４】
最後に、本発明は、例えば一次キャパシタンスを制御された方法で変化させることにより、点火エネルギー要求の関数としての一次側に対する放電時定数の選択的影響を実現している。インダクタンスまたは抵抗も、同様の効果を達成するために変更することができるパラメータである。本発明によれば、二次側の電圧の上昇は、点火エネルギー要求が増加しても、絶縁破壊するまで一定を維持する。
【００２５】
一次回路の放電時定数を一定に維持するために、点火エネルギー要求の増加に応じて電圧(一次電圧)を増大するだけでなく、1つまたは複数の追加システムパラメータを変化させることができる。本発明の一実施形態の形態によれば、電気キャパシタンス、とりわけ一次コンデンサのキャパシタンスが一次電圧に比例して大きくなる。適切に構成されると、点火システムの一定の特性放電時間が得られる。
【００２６】
本発明は、特許請求の範囲に対する明瞭な参照による特徴の組合せによっては与えられていない実施形態の形態まで同じく明白に拡張され、したがって開示されている本発明の特徴は、技術的に有意である限り、任意の方法で組み合わせることができる。
【００２７】
本発明について、好ましい実施形態の形態を参照し、かつ、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】内燃機関のための容量性点火システムの略図である。
【図２】本発明の一実施形態の形態に従って構成された、内燃機関のための容量性点火システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図1は、内燃機関の容量性点火システム1'の略図を示したものである(その全体は示されていない)。
【００３０】
点火システム1'は、一次電圧源10、一次回路20、二次回路30、および一次回路20と二次回路30の間に接続されている電圧変換器40を有している。
【００３１】
一次電圧源10は、DC電流を提供する電池11、逓昇変換器12および整流器13を有している。整流器13は、全波ブリッジ整流器13を形成するために互いに接続されている4つのダイオードD1〜D4を有している。逓昇変換器12は、電池11によって供給される電圧を約300ボルトないし400ボルトの一次電圧まで高くする方法で構築されている。一次電圧源10の2つの電圧源端子A+、A-は、整流器13に形成されている。
【００３２】
一次回路20は、互いに並列に接続されている2つのコンデンサC1'およびC2(第1のコンデンサC1'および第2のコンデンサC2)の形態の電気キャパシタンス、互いに直列に接続されている3つの抵抗コンポーネントR1、R2およびR3(第1の抵抗コンポーネントR1、第2の抵抗コンポーネントR2および第3の抵抗コンポーネントR3)の形態の電気抵抗、サイリスタT1の形態の電子スイッチおよび制御デバイス21を有している。
【００３３】
制御デバイス21は、内燃機関のクランク軸に提供されている制御部分(図示せず)、制御部分と協同して点火信号を生成するホールセンサまたは誘導センサ(図示せず)、および電子パルス発生器22を有している。
【００３４】
電圧変換器40は、一次コイルL1および二次コイルL2を備えた変圧器を有している。一次コイルL1は2つの一次端子(指示されていない)を有しており、また、二次コイルL2は2つの二次端子(指示されていない)を有している。点火プラグの形態の点火デバイス31は、二次回路30が形成されるよう、二次コイルL2の二次端子に接続されている。
【００３５】
電圧変換器40は、その一次端子に印加される電圧を二次端子の点火デバイス31によってタップすることができるより高い電圧に変換するように適合されている。
【００３６】
サイリスタT1の陽極は、電圧変換器40の一次コイルL1の一方の一次端子に接続されており、一方、サイリスタT1の陰極は、第2の抵抗コンポーネントR2の一方の端子に接続されている。第1および第2の抵抗コンポーネントR1およびR2は互いに直列に接続されており、第1の抵抗コンポーネントR1の、第2の抵抗コンポーネントR2とは反対側の端子は、一次電圧源10の2つの電圧源端子A+、A-のうちの陽極(A+)に接続されている。電圧変換器40の一次コイルL1のもう一方の一次端子は、一次電圧源10の2つの電圧源端子A+、A-のうちの陰極(A-)に直接接続されている。
【００３７】
第3の抵抗コンポーネントR3の一方の端子は、サイリスタT1の陽極に接続され、かつ、第2の抵抗コンポーネントR2の、第1の抵抗コンポーネントR1とは反対側の端子に接続されており、また、第3の抵抗コンポーネントR3のもう一方の端子は、パルス発生器22の2つの端子のうちの一方およびサイリスタT1のコントローラとしてゲートT1.1に接続されている。ゲートT1.1は、サイリスタT1の陰極-陽極経路を制御された方法で開閉する働きをしている。
【００３８】
パルス発生器22のもう一方の端子は、一次電圧源10の2つの電圧源端子A+、A-のうちの陰極(A-)に接続されており、また、電圧源端子の陰極によって接続されている電圧変換器40の一次コイルL1の一次端子に接続されている。
【００３９】
この方法によれば、一次電圧源10は、その両方の電圧源端子A+、A-がそれぞれ電圧変換器40の2つの一次端子のうちの一方に接続され、それにより一次回路20が形成される。
【００４０】
パルス発生器22は、サイリスタT1がその陰極-陽極経路の両端間の電流の通過を許容するよう、点火信号に基づいてサイリスタT1のゲートT1.1のための制御パルスを発生する方法で構成されている。
【００４１】
したがって制御デバイス21は、サイリスタT1のゲートT1.1に接続されており、また、内燃機関のために予め定義されている、陰極-陽極経路を開閉するための点火パターンに従ってサイリスタT1のゲートT1.1を駆動するように適合されている。
【００４２】
上で説明したように、2つのコンデンサC1'、C2の形態の電気キャパシタンスは、スイッチが開くと、つまりサイリスタT1の陰極-陽極経路が開くか、あるいは非導通になると、一次電圧を使用して所定の電荷まで充電することができ、また、スイッチが閉じると、つまりサイリスタT1の陰極-陽極経路が閉じるか、あるいは導通すると、比放電時間の間、電圧変換器40の一次端子に電荷を引き渡すことができ、それにより電圧変換器40の二次端子の電圧が点火電圧まで高くなって点火デバイス31が絶縁破壊するか、あるいはアークを発生するよう、一次回路20内に組み込まれている。
【００４３】
点火システム1'が動作している間、2つのコンデンサC1'、C2は、一次電圧源10によって約300ボルトないし400ボルトまで連続的に充電される(また、逓昇変換器12が調整可能である場合、断続的に充電される)。サイリスタT1は、点火点で、点火信号に基づいて、ゲートT1.1のための正の制御パルスをパルス発生器22から受け取ると導通し(陰極-陽極経路が閉じる)、また、2つのコンデンサC1'、C2が電圧変換器40の一次コイルL1の両端間で放電する。放電電流サージによって二次コイルL2に点火電圧が誘導され、この点火電圧は、例えば約15キロボルトないし55キロボルトに及ぶことができ、それにより点火デバイス31が絶縁破壊するか、あるいはアークを発生する。
【００４４】
次に図2を参照して、本発明の一実施形態の形態に従って内燃機関の容量性点火システム1について説明する(その全体は示されていない)。図2は、本発明による容量性点火システム1の略図を示したものである。
【００４５】
構造および機能の特定の相違は別として、図2に示されている点火システム1は、図1に示されている点火システム1'と全く同じである。したがって相違している部分のみを列挙し、全く同じコンポーネントまたは同様のコンポーネントは、全く同じ参照番号または同様の参照番号で示されている。
【００４６】
図1とは対照的に、図2の本発明による点火システム1の第1のコンデンサC1は、その電気キャパシタンスの値を調整することができるように構築されている。そのために、第1のコンデンサC1は、例えば連続調整可能回転可変コンデンサとして構築することができ、あるいは例えば互いに段階的に並列に接続することができる複数のコンデンサの形態で構築することができる。
【００４７】
本発明による、図2に示されている点火システム1では、第1の制御デバイス21に加えて第2の制御デバイス25が提供されている。第2の制御デバイス25は、点火デバイス31の点火エネルギー要求の関数として第1のコンデンサC1の電気キャパシタンスの値を調整するように適合されるアクチュエータ26(例えばサーボモータまたはスイッチ)を有している。
【００４８】
実際の点火エネルギー要求は、第2の制御デバイス25によって決定することができ、例えば二次回路30の中に統合され、かつ、第2の制御デバイス25に信号接続されている測定デバイス(図示せず)によって決定することができる。
【００４９】
第2の制御デバイス25は、点火エネルギー要求の増加に起因する比放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイス31の点火エネルギー要求の増加に応じて第1のコンデンサC1の電気キャパシタンスを大きくするように適合されることが好ましい。
【００５０】
したがって、放電時間が制御され、とりわけ点火デバイス31の点火エネルギー要求の関数として一定に維持される点で、同じく点火デバイス31の点火エネルギー要求が変化すると、点火電圧に到達するために二次コイルL2の二次端子に生じる電圧の上昇が第2の制御デバイス25によって一定に維持される。
【００５１】
別法として、あるいは一次回路20の電気キャパシタンスC1、C2の値の変更に加えて、電気抵抗コンポーネントR1、R2、R3および/または電圧変換器40の電気インダクタンスのうちの少なくとも1つの値を調整することも同じく可能である(図2にはそのようには示されていないが)。
【００５２】
その場合、第2の制御デバイス25は、電気キャパシタンスC1、C2、電気抵抗R1、R2、R3および/または電圧変換器40の電気インダクタンスの値を変更することによって電圧の上昇を一定に維持するために放電時間を制御するように適合させることができる。
【００５３】
第2の制御デバイス25は、点火エネルギー要求の増加に起因する比放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイス31の点火エネルギー要求が増加すると、抵抗コンポーネントR1、R2、R3の電気抵抗の値を大きくすることができることが好ましい。第2の制御デバイス25は、点火エネルギー要求の増加に起因する比放電時間の短縮に対抗するために、点火デバイス31の点火エネルギー要求が増加すると、電圧変換器40の電気インダクタンスの値を大きくすることができる。
【００５４】
上で説明した電気キャパシタンス、電気抵抗および/または電気インダクタンスのシステムパラメータの変更に加えて、第2の制御デバイス25は、点火デバイス31の点火エネルギー要求の関数として一次電圧のレベルを変更するように適合させることができ、とりわけ、点火デバイス31の点火エネルギー要求が増加すると一次電圧を増大し、また、それと同時に放電時間を制御するように適合させることができる(つまり電気キャパシタンス、電気抵抗および/または電気インダクタンスのシステムパラメータを変更することができる)。
【００５５】
最後に、本発明は、例えば一次キャパシタンスを制御された方法で変化させることにより、点火エネルギー要求の関数としての一次回路側20に対する放電時定数の選択的影響を実現している。本発明によれば、インダクタンスまたは抵抗も、同様の効果を達成するために変更することができるパラメータであってもよい。したがって本発明によれば、二次側の電圧の上昇は、点火エネルギー要求が増加しても、絶縁破壊するまで一定を維持する。
【符号の説明】
【００５６】
1、1'  点火システム
10  一次電圧源
A+、A-  電圧源端子
11  電池
12  逓昇変換器
13  整流器
D1、D2、D3、D4  ダイオード
20  一次回路
21、25  制御デバイス
22  パルス発生器
26  アクチュエータ
30  二次回路
31  点火デバイス
40  電圧変換器
L1  一次コイル
L2  二次コイル
C1、C1'、C2  コンデンサ
R1、R2、R3  抵抗コンポーネント
T1  サイリスタ
T1.1  ゲート
【図１】
2013148081.tif 000003
【図２】
2013148081.tif 000004
【外国語明細書】
2013148081000001.pdf