CN105074199A - 内燃机的点火装置以及点火方法 - Google Patents

Abstract

点火单元(11)具有在火花塞(9)的电极之间重叠与放电电压相同方向的叠加电压的叠加电压生成电路(17)，在小于或等于某个转速并且小于或等于某个负载的运转区域中，进行叠加电压的供给。向一次线圈(15a)的通电时间基本上根据内燃机转速进行设定，但将叠加电压供给时用的通电时间TDWLON设定得比叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF短。因此，与叠加电压的供给相伴随的点火单元(11)的温度上升得到抑制。

Description

内燃机的点火装置以及点火方法

技术领域

本发明涉及一种使用包含一次线圈以及二次线圈在内的点火线圈的、内燃机的点火装置以及点火方法。

背景技术

在使用点火线圈的点火装置中，通过使一次电流向一次线圈通电后在规定的点火时期切断一次电流，从而在二次线圈中生成较高的放电电压，在与二次线圈连接的火花塞的电极之间产生放电。二次线圈中产生的放电电压和放电能量基本上对应于向一次线圈的通电时间。

专利文献1中公开了如下技术，即，为了延长放电期间而得到可靠的着火，与点火时期后的放电期间叠加而向火花塞提供由其他升压电路产生的叠加电压。在这种情况下，在通过由点火线圈产生的二次电压而使电极之间的放电开始之后，通过叠加电压使放电电流继续，向混合气体提供更大的能量。

另外，左右放电能量的、向一次线圈的通电时间一般由内燃机转速决定，转速越低通电时间越长，而在专利文献2中公开了在高负载区域中使通电时间变长，在低负载区域中使通电时间变短的技术。

但是，虽然专利文献1公开的这种叠加电压的供给在点火性能方面有用，但存在该单元由于包含点火线圈的点火单元内的叠加电压生成电路的发热而温度上升的问题。特别是，在高转速区域中，点火单元的温度上升引起顾虑，因此，在高转速区域中无法进行叠加电压的供给，或者作为点火单元需要确保较高的耐热性。

此外，专利文献2中仅公开了在高负载区域和低负载区域中使向一次线圈的通电时间不同的技术，并不存在与点火单元的温度上升有关的记载。

专利文献1：日本专利第2554568号公报

专利文献2：日本特开2012－136965号公报

发明内容

本发明的目的在于在抑制点火单元的温度上升的同时，实现由叠加电压的供给带来的点火性能的提高。

该发明是一种内燃机的点火装置，其通过在点火线圈的一次线圈中对一次电流进行通电并且切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极之间产生放电电压，所述内燃机的点火装置具有叠加电压生成电路，该叠加电压生成电路在由所述二次线圈产生的放电开始后，在所述火花塞的电极之间施加与所述放电电压相同方向的叠加电压而使放电电流继续，在特定的内燃机运转条件时，进行由所述叠加电压生成电路进行的叠加电压的供给，并且与叠加电压的非供给时相比，在叠加电压的供给时，使根据内燃机转速设定的向一次线圈的通电时间相对变短。

如上述所示，通过在叠加电压的供给时使向一次线圈的通电时间变短，从而抑制点火单元的温度上升。向一次线圈的通电时间与二次线圈中产生的放电电压以及放电能量相关，但在进行叠加电压的供给的情况下，放电开始后，通过叠加电压的供给，使放电电流继续，因而只要能够在火花塞的电极之间确保施加产生绝缘破坏的放电电压即可。

此外，由于点火单元的温度上升特别是在高转速区域中成为问题，因此在进行叠加电压的供给的转速/负载的区域中，可以仅在高转速侧的区域中使向一次线圈的通电时间变短。

根据该发明，能够在通过叠加电压的供给实现点火性能的提高的同时，避免出现与叠加电压的供给相伴随的点火单元的过度的温度上升。

附图说明

图1是具备该发明的一个实施例的点火装置的内燃机的结构说明图。

图2是表示点火装置的结构的结构说明图。

图3是表示点火装置的主要部分的结构说明图。

图4是叠加电压的非供给时以及供给时的二次电压等的波形图。

图5是表示第1实施例中进行叠加电压的供给的运转区域的特性图。

图6是第1实施例的流程图。

图7是表示叠加电压供给时的向一次线圈的通电时间的特性的特性图。

图8是表示叠加电压供给时的向一次线圈的通电时间的特性的其他例子的特性图。

图9是第2实施例的内燃机的结构说明图。

图10是表示第2实施例中进行EGR导入和叠加电压供给的运转区域的特性图，(A)是暖机后的特性图，(B)是未暖机时的特性图。

图11是第2实施例的流程图。

图12是表示第3实施例中进行稀薄燃烧和叠加电压供给的运转区域的特性图，(A)是暖机后的特性图，(B)是未暖机时的特性图。

图13是第3实施例的流程图。

图14是第4实施例的内燃机的结构说明图。

图15是表示第4实施例中进行米勒循环燃烧和叠加电压供给的运转区域的特性图，(A)是暖机后的特性图，(B)是未暖机时的特性图。

图16是第4实施例的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图，对该发明的一个实施例详细进行说明。

图1是表示具备该发明所涉及的点火装置的内燃机1的系统结构的结构说明图，内燃机1的多个气缸2中分别配置有活塞3，并且分别连接有通过进气阀4开闭的进气口5以及通过排气阀6开闭的排气口7。另外，缸内配置有对燃料进行喷射供给的燃料喷射阀8。该燃料喷射阀8的燃料喷射时期以及燃料喷射量由发动机控制单元(ECU)10控制。并且，为了进行通过上述燃料喷射阀8在缸内生成的混合气体的点火，例如在气缸顶面中央处配置有火花塞9。此外，图示例子作为缸内直接喷射式内燃机而构成，但也可以采用在进气口5中配置有燃料喷射阀的进气口喷射型的结构。在上述发动机控制单元10中，输入有来自许多传感器类部件的检测信号，这些传感器类部件有：对吸入空气量进行检测的空气流量计21、对内燃机转速进行检测的曲轴角传感器22、对冷却水温进行检测的温度传感器23等。

上述火花塞9连接有点火单元11，该点火单元11响应于来自发动机控制单元10的点火信号而向火花塞9输出放电电压。另外，设置有叠加电压控制单元12，该叠加电压控制单元12响应于来自发动机控制单元10的叠加电压要求信号而控制由点火单元11产生的叠加电压。这些发动机控制单元10、点火单元11以及叠加电压控制单元12与车载的14伏特的电池13连接。

如在图2、图3中所示出的详细结构，上述点火单元11包含：点火线圈15，其包含一次线圈15a以及二次线圈15b；点火器16，其控制对该点火线圈15的一次线圈15a的一次电流的通电/切断；以及叠加电压生成电路17，其包含升压电路，火花塞9与上述点火线圈15的二次线圈15b连接。叠加电压生成电路17将电池13的电压升压至规定的叠加电压的电压，在此基础上基于叠加电压控制单元12的控制信号，在火花塞9的放电开始后对该火花塞9输出叠加电压。此外，叠加电压生成电路17在与本来的放电电压相同电位的方向上生成叠加电压，该本来的放电电压是在切断向一次线圈15a的一次电流时在火花塞9的电极之间产生的。

图4是说明由叠加电压的有无产生的二次电流(放电电流)的变化的图，针对叠加电压的非供给时和供给时，集中图示了一次电流(一次线圈通电信号)、叠加电压、二次电压以及二次电流的各自的波形。

在叠加电压的非供给时，与一般的点火装置进行同样的作用。即，经由点火器16，在规定的通电时间TDWL期间内，将一次电流在点火线圈15的一次线圈15a中进行通电。伴随着该一次电流的切断，在二次线圈15b中发生较高的放电电压，随着混合气体的绝缘破坏，在火花塞9的电极之间产生放电。并且，在电极之间流过的二次电流从放电开始起随着时间的经过以三角波状比较急剧地不断减少。

与此相对，在叠加电压的供给时，与一次电流的切断几乎同时地开始叠加电压的供给，并且在规定的期间内重叠恒定的叠加电压。由此，如图所示，在从放电开始起比较长的期间内，二次电流以较高的电平继续。

在本发明的第1实施例中，根据由内燃机1的负载以及转速决定的运转区域，决定是否供给叠加电压。如图5所示，在小于或等于某个转速Ne1并且小于或等于某个负载的区域中，供给叠加电压。该区域相当于着火性较差的区域，通过叠加电压的供给，改善其着火性。在除此以外的高转速侧的区域以及高负载侧的区域中，不进行叠加电压的供给。

在此，在本实施例中，为了抑制与叠加电压的供给相伴随的点火单元11的温度上升，根据叠加电压的供给的有无，适当地控制向一次线圈15a的通电时间TDWL。

图6示出用于进行该通电时间TDWL的切换的流程图，在步骤1中读入内燃机1的转速和负载，在步骤2中判定该转速/负载是否处于图5所示的叠加电压供给区域内。如果是进行叠加电压的供给的运转区域，则作为向一次线圈15a的通电时间TDWL，选择叠加电压供给时用的通电时间TDWLON(步骤3)，如果是不进行叠加电压的供给的运转区域，则选择叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF(步骤4)。

图7示出上述叠加电压供给时用的通电时间TDWLON以及叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF的特性。如图所示，这些通电时间均基于内燃机1的转速而决定，基本上具有转速越高则它们越短的特性。并且，叠加电压供给时用的通电时间TDWLON被设定为比叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF短一定量的特性。此外，作为相对于转速而分配了值的表，可以分别具备叠加电压供给时用的通电时间TDWLON的表和叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF的表，或者，也可以仅具备叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF的表，通过对从该表读出的值进行校正，从而得到叠加电压供给时用的通电时间TDWLON。

如上述所示，通过在叠加电压的供给时使向一次线圈15a的通电时间TDWL相对较短，从而抑制与叠加电压的供给相伴随的点火单元11的温度上升。此外，如图4所示，在不进行叠加电压的供给的情况下，二次电流的期间以及向混合气体提供的放电能量依赖于向一次线圈15a的通电时间的长度，而在进行叠加电压的供给的情况下，通过叠加电压使二次电流继续，提供较大的放电能量。因此，可产生绝缘破坏的通电时间是最低限度必需的，但大于或等于该通电时间的通电时间并不特别需要。另一方面，在不进行叠加电压的供给时，相对较长地提供向一次线圈15a的通电时间TDWL，放电能量变大。因此，在本实施例中，在避免点火单元11的温度上升的同时，在内燃机运转区域的整个区域中得到较高的点火性能。

另外，图8示出叠加电压供给时用的通电时间TDWLON的特性的其他例子。如图所示，在该例子中，即使转速/负载处于叠加电压供给区域内，在比某个转速Ne2低的低转速区域中，叠加电压供给时用的通电时间TDWLON也与叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF相同。即，在叠加电压供给区域中，仅在转速大于或等于Ne2的区域中，通电时间TDWLON比非供给时用的通电时间TDWLOFF短。这是考虑到在低转速侧的区域中，点火单元11的温度上升不太成为问题。

下面，基于图9～图11对本发明的第2实施例进行说明。在该实施例中，如图9所示，为了改善燃料消耗率，具备排气回流装置31，该排气回流装置31包含从排气系统到达进气系统的排气回流通路32以及排气回流控制阀33。如本领域技术人员所知，通过在燃烧室内进行比较大量的回流排气(EGR)的导入，可取得由泵送损失的减少等带来的燃料消耗率的改善，另一方面，随着EGR导入，火花塞9的着火性降低。因此，在本实施例中，在EGR导入时，为了确保点火性能，同时进行叠加电压的供给。另外，如果在内燃机1未暖机时进行EGR导入，则燃烧变得不稳定。因此，在由温度传感器23检测出的冷却水温度或者由未图示的油温传感器检测出的润滑油温度等的内燃机温度小于规定阈值(Tmin)的情况下，禁止EGR导入。

图10的(A)示出内燃机温度(油水温度)大于或等于Tmin的暖机状态下的EGR导入区域(该区域同时成为叠加电压供给区域)，如图所示，在内燃机1的暖机已完成的状态下，在小于或等于某个转速并且小于或等于某个负载的区域中，进行EGR导入，并且进行叠加电压的供给。在除此以外的高转速侧的区域以及高负载侧的区域中，禁止EGR导入，并且也不进行叠加电压的供给。

图10的(B)示出内燃机温度小于Tmin的未暖机状态，在该情况下，无论转速/负载为多少，都禁止EGR导入，并且也不进行叠加电压的供给。即，在该实施例的内燃机1中，基于内燃机1的温度条件，切换为不伴随着EGR导入的第1燃烧方式和伴随着EGR导入的第2燃烧方式。

图11示出该第2实施例的流程图，在步骤11中读入内燃机1的转速、负载以及温度(水温、油温)，在步骤12中判定内燃机温度是否大于或等于阈值Tmin。如果大于或等于Tmin，则在步骤13中，判定转速/负载是否在图10(A)所示的EGR导入区域(叠加电压供给区域)内。如果是EGR导入区域，则作为向一次线圈15a的通电时间TDWL，选择叠加电压供给时用的通电时间TDWLON(步骤14)，并且执行叠加电压的供给和EGR导入(步骤15、16)。

在步骤12中内燃机温度小于Tmin的情况下，以及在步骤13中判定为EGR导入区域外的情况下，进入步骤17，选择叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF，并且将叠加电压的供给以及EGR导入设为OFF(步骤18、19)。

叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF以及叠加电压供给时用的通电时间TDWLON的特性与图7或图8所示的特性相同。即，基本上具有内燃机转速越高则变为越短的时间的特性，在图7的例子中，在叠加电压供给区域(EGR导入区域)的转速的整个区域中，将叠加电压供给时用的通电时间TDWLON设定得比叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF短。另外，在图8的例子中，仅在叠加电压供给区域(EGR导入区域)中的高转速侧的区域中，将叠加电压供给时用的通电时间TDWLON设定得比叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF短。

此外，在上述第2实施例中，为了进行EGR导入，使用了包含排气回流通路32的所谓的外部排气回流装置，但在通过基于进气阀4和排气阀6的阀重叠量控制的所谓的内部排气回流控制进行EGR导入的情况下，也同样可以适用本发明。

下面，基于图12、图13，对本发明的第3实施例进行说明。在该实施例中，为了改善燃料消耗率，进行增大了空燃比的稀薄燃烧。在该稀薄燃烧中，燃料消耗率改善，但另一方面，火花塞9的着火性也会降低。因此，在本实施例中，同时进行叠加电压的供给。并且，在内燃机1的温度较低的未暖机状态下，该稀薄燃烧也会导致燃烧的不稳定化。因此，在未暖机状态下，不执行稀薄燃烧以及叠加电压供给。

图12的(A)示出内燃机温度(油水温度)大于或等于Tmin的暖机状态下的稀薄燃烧区域(该区域同时成为叠加电压供给区域)，如图所示，在内燃机1的暖机已完成的状态下，在小于或等于某个转速并且小于或等于某个负载的区域中，变为稀薄燃烧，并且进行叠加电压的供给。在除此以外的高转速侧的区域以及高负载侧的区域中，进行按照理论空燃比的燃烧，并且不供给叠加电压。

图12的(B)示出内燃机温度小于Tmin的未暖机状态，在该情况下，无论转速/负载为多少，都禁止稀薄燃烧，变为按照理论空燃比的燃烧，并且也不进行叠加电压的供给。即，在该实施例的内燃机1中，基于内燃机1的温度条件，切换为第1燃烧方式和第2燃烧方式，该第1燃烧方式进行按照理论空燃比的燃烧，该第2燃烧方式利用层状进气等进行稀薄燃烧。

图13示出该第3实施例的流程图，在步骤21中读入内燃机1的转速、负载以及温度(水温、油温)，在步骤22中判定内燃机温度是否大于或等于阈值Tmin。如果大于或等于Tmin，则在步骤23中，判定转速/负载是否在图12(A)所示的稀薄燃烧区域(叠加电压供给区域)内。如果是稀薄燃烧区域，则作为向一次线圈15a的通电时间TDWL，选择叠加电压供给时用的通电时间TDWLON(步骤24)，并且执行叠加电压的供给和稀薄燃烧(步骤25、26)。

在步骤22中内燃机温度小于Tmin的情况下，以及在步骤23中判定为稀薄燃烧区域外的情况下，进入步骤27，选择叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF，并且将叠加电压设为OFF，并执行按照理论空燃比的燃烧(按化学计量燃烧)(步骤28、29)。

叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF以及叠加电压供给时用的通电时间TDWLON的特性与图7或图8所示的特性相同。

下面，基于图14～图16，对本发明的第4实施例进行说明。在该实施例中，为了改善燃料消耗率，进行米勒循环燃烧，如图14所示，内燃机1具备能够变更进气阀4的关闭时期的可变阀机构41。如本领域技术人员所知，通过采用使进气阀关闭时期比下止点大幅提前的所谓早闭米勒循环、或者使进气阀关闭时期比下止点大幅滞后的所谓晚闭米勒循环的米勒循环燃烧，从而实现燃料消耗率的改善。但另一方面，火花塞9的着火性降低，因而在本实施例中，同时进行叠加电压的供给。并且，在内燃机1的温度较低的未暖机状态下，该米勒循环燃烧也会导致燃烧的不稳定化。因此，在未暖机状态下，不执行米勒循环燃烧以及叠加电压供给。

图15的(A)示出内燃机温度(油水温度)大于或等于Tmin的暖机状态下的米勒循环燃烧区域(该区域同时成为叠加电压供给区域)，如图所示，在内燃机1的暖机已完成的状态下，在小于或等于某个转速并且小于或等于某个负载的区域中，变为米勒循环燃烧，并且进行叠加电压的供给。在除此以外的高转速侧的区域以及高负载侧的区域中，进行使进气阀关闭时期在下止点附近的非米勒循环燃烧，并且不供给叠加电压。

图15的(B)示出内燃机温度小于Tmin的未暖机状态，在该情况下，无论转速/负载为多少，都禁止米勒循环燃烧，变为使进气阀关闭时期在下止点附近的非米勒循环燃烧，并且也不进行叠加电压的供给。即，在该实施例的内燃机1中，基于内燃机1的温度条件，切换为第1燃烧方式和第2燃烧方式，该第1燃烧方式进行使进气阀关闭时期在下止点附近的通常燃烧，该第2燃烧方式进行利用进气阀关闭时期的早闭或晚闭的米勒循环燃烧。

图16示出该第4实施例的流程图，在步骤31中读入内燃机1的转速、负载以及温度(水温、油温)，在步骤32中判定内燃机温度是否大于或等于阈值Tmin。如果大于或等于Tmin，则在步骤33中，判定转速/负载是否在图15(A)所示的米勒循环燃烧区域(叠加电压供给区域)内。如果是米勒循环燃烧区域，则作为向一次线圈15a的通电时间TDWL，选择叠加电压供给时用的通电时间TDWLON(步骤34)，并且执行叠加电压的供给和米勒循环燃烧(步骤35、36)。

在步骤32中内燃机温度小于Tmin的情况下，以及在步骤33中判定为米勒循环燃烧区域外的情况下，进入步骤37，选择叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF，并且将叠加电压设为OFF，并执行非米勒循环燃烧(步骤28、29)。

叠加电压非供给时用的通电时间TDWLOFF以及叠加电压供给时用的通电时间TDWLON的特性与图7或图8所示的特性相同。

Claims (6)

1.一种内燃机的点火装置，其通过在点火线圈的一次线圈中对一次电流进行通电并且切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极之间产生放电电压，其中，

所述内燃机的点火装置具有叠加电压生成电路，该叠加电压生成电路在由所述二次线圈产生的放电开始后，在所述火花塞的电极之间施加与所述放电电压相同方向的叠加电压，使放电电流继续，

在特定的内燃机运转条件时，进行由所述叠加电压生成电路进行的叠加电压的供给，并且，

与叠加电压的非供给时相比，在叠加电压的供给时，使根据内燃机转速设定的向一次线圈的通电时间相对变短。

2.根据权利要求1所述的内燃机的点火装置，其中，

在进行叠加电压的供给的转速/负载的区域中，仅在高转速侧的区域中使向一次线圈的通电时间变短，在低转速侧的区域中采用与叠加电压的非供给时相同的通电时间。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的点火装置，其中，

所述内燃机是如下结构，即，在同一转速/负载下，基于规定的切换条件，切换为第1燃烧方式和与该第1燃烧方式相比着火性变差的第2燃烧方式，

在所述第2燃烧方式时进行叠加电压的供给。

4.根据权利要求3所述的内燃机的点火装置，其中，

所述第2燃烧方式是稀薄燃烧、米勒循环燃烧、伴随着EGR导入的燃烧中的任一者。

5.根据权利要求3或4所述的内燃机的点火装置，其中，

所述切换条件是内燃机的温度条件。

6.一种内燃机的点火方法，其通过在点火线圈的一次线圈中对一次电流进行通电并且切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极之间产生放电电压，在该内燃机的点火方法中，

在特定的内燃机运转条件时，在由所述二次线圈产生的放电开始后，在所述火花塞的电极之间施加与所述放电电压相同方向的叠加电压而使放电电流继续，并且，

与叠加电压的非供给时相比，在叠加电压的供给时，使根据内燃机转速设定的向一次线圈的通电时间相对变短。