CN105264219B - 内燃机的点火装置以及点火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机的点火装置以及点火方法，在由内燃机(1)的负载及转速构成的运转条件处于存在产生提前点火的可能性的规定的低速高负载区域(能量抑制区域A)的情况下，作为向一次线圈(22a)的通电时间而选择能量抑制区域用的通电时间(TDWLMIN)，在除此以外的正常区域中，选择正常时的通电时间(TDWL)。正常时的通电时间(TDWL)具有转速越高则其越短的特性，在低速区域中，设为满足高排气回流区域中的要求放电能量的程度的通电时间。能量抑制区域(A)的通电时间(TDWLMIN)不依赖于转速，而是恒定且相对较短，设定为下述水平，即，即使假设因提前点火而未放电，也使得线圈最大发生电压不超过火花塞(9)的耐电压。

Description

内燃机的点火装置以及点火方法

技术领域

本发明涉及使用包含一次线圈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，在一次线圈中对一次电流进行通电之后，在规定的点火定时将一次电流切断，由此在二次线圈生成较高的放电电压，使与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电。在二次线圈所产生的放电电压以及放电能量基本上与向一次线圈的通电时间对应(参照图6)。

这样影响放电能量的向一次线圈的通电时间，通常根据内燃机转速而确定，越是低速则通电时间越长，专利文献1中公开有如下技术，即，在高负载区域延长通电时间，在低负载区域缩短通电时间。

作为内燃机的异常燃烧的一种，已知与点火定时相比提前开始燃烧的提前点火。被称为所谓的超级爆震(super knock)的现象也是提前点火的一种。这种提前点火在自然进气内燃机以及带增压器的内燃机的任一种中都有可能在低速高负载区域产生，但如果假设产生该提前点火，则本来的点火定时的缸内密度升高，因此即使将一次电流切断并产生高电压，有时在火花塞的电极间也不产生放电，形成为所谓的未放电。图11是对比地示出在点火定时正确地进行点火燃烧的正常燃烧时(a)、和产生提前点火时(b)的缸内压力变化的图，在产生提前点火时，由于在本来的点火定时已经变为较高的缸内压力，因此有可能不进行期望的放电而变为未放电。在这种未放电的情况下，对火花塞施加线圈最大发生电压，通过火花塞的绝缘体而产生放电，有可能导致火花塞破损。此外，该未放电时线圈最大发生电压也与一次线圈通电时间相关(参照图8)。

因此，如果如专利文献1所示在高负载区域中延长通电时间，则在产生提前点火时的未放电的情况下，火花塞破损的可能性会进一步提高。

另一方面，如果即使是未放电也将正常时的放电能量设定得较低以不使火花塞破损，则在进行大量的排气回流的运转区域、设为稀薄燃烧或者米勒循环燃烧的运转区域等所谓的难燃烧区域中，无法实现可靠的点火。

专利文献1：日本特开2012－136965号公报

发明内容

本发明的内燃机的点火装置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，从而使与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中，

在除了规定的低速高负载区域以外的正常区域中，对应于内燃机转速而对向上述一次线圈的通电时间进行设定，

另一方面，在规定的低速高负载区域中，使上述通电时间相对地比针对相同的内燃机转速的正常区域中的通电时间短，以使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压不超过上述火花塞的耐电压。

即，将有可能产生成为未放电的主要原因的提前点火的运转区域限定于特定的低速高负载区域，在负载低的运转条件、转速高至某种程度的运转条件下不会产生提前点火。因此，在存在产生提前点火的可能性的规定的低速高负载区域中，只要将向一次线圈的通电时间设为较短，并即使假设未放电也不会超过火花塞的耐电压，则即使假设产生提前点火而未放电，也不会产生火花塞的破损。

当然，即使处于该低速高负载区域中，只要未产生提前点火，就不会形成为未放电，能够进行正常的放电点火。存在产生提前点火的可能性的低速高负载区域中为高负载条件，从而混合气体的点火性高，因此即使是较短的通电时间也能够实现良好的点火。

根据本发明，即使假设产生提前点火而未放电，也不会产生火花塞的破损。另外，在除了存在提前点火的可能性的特定的低速高负载区域以外的其他运转区域中，能够产生相对较高的放电能量，因此例如即使在伴随有大量的排气回流的燃烧等的所谓的难燃烧区域中，也能够进行可靠的点火。

附图说明

图1是表示应用本发明所涉及的点火装置的内燃机的一个例子的结构说明图。

图2是表示点火装置的要部的结构说明图。

图3是表示进行通电时间的切换的处理流程的流程图。

图4是表示进行通电时间的切换的运转区域的特性图。

图5是表示相对于内燃机转速的通电时间的特性的特性图。

图6是表示一次线圈通电时间和放电能量的关系的特性图。

图7是表示相对于内燃机转速的放电能量的特性的特性图。

图8是表示一次线圈通电时间与未放电时线圈最大发生电压的关系的特性图。

图9是表示相对于内燃机转速的未放电时线圈最大发生电压的特性的特性图。

图10是表示运转区域的设定不同的例子的特性图。

图11是表示正常燃烧时和产生提前点火时的缸内压力变化的特性图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。

作为应用本发明的点火装置的内燃机1的一个例子，图1示出了具有排气回流装置的增压内燃机。在作为汽油内燃机的内燃机1的排气通路2中配置有涡轮增压器3的排气涡轮4，在其下游侧配置有例如使用三元催化剂的催化剂转化器6。在排气通路2的更靠下游侧的位置设置有未图示的排气消音器，排气通路2经由该排气消音器而向外部开放。上述排气涡轮4具有用于增压控制的公知的排气旁通阀7。图示例子的内燃机1为缸内直喷型的结构，在每个气缸都具有向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀8。另外，在各气缸的中央分别设置有火花塞9。上述燃料喷射阀8的喷射定时和喷射量、以及上述火花塞9的点火定时由发动机控制单元20控制。

在内燃机1的进气通路10从上游侧按顺序配置有空气滤清器11、空气流量计12、节气门阀13，上述涡轮增压器3的压缩机5配置于上述空气流量计12和上述节气门阀13之间。此外，在该实施例中，在节气门阀13下游侧例如安装有水冷式或者空冷式的内部冷却器14。基于未图示的加速器开度传感器的检测信号、并根据来自上述发动机控制单元20的控制信号对上述节气门阀13的开度进行控制。向上述发动机控制单元20输入包含表示内燃机转速Ne的来自曲轴角传感器18的检测信号、以及对相当于内燃机的负载的吸入空气量Qa进行检测的来自上述空气流量计12的检测信号在内的各种传感器类部件的检测信号。

另外，构成排气回流装置的EGR通路15从排气通路2的催化剂转化器6下游侧分支，其前端与进气通路10的压缩机5上游侧连接。在上述EGR通路15中安装有进行EGR气体的冷却的水冷式或者油冷式的EGR气体冷却器16，在其下游侧安装有按照目标排气回流率对排气回流量进行控制的排气回流控制阀17。基于以内燃机1的负载和转速为参数的内燃机运转条件，利用上述发动机控制单元20对该排气回流控制阀17的开度进行控制。

如图2所示，在各气缸的火花塞9上分别连接有响应来自发动机控制单元20的点火信号而对火花塞9输出放电电压的点火单元21。该点火单元21包含：点火线圈22，其具有一次线圈22a以及二次线圈22b以使电池24的电压升高；以及点火器23，其控制针对上述点火线圈22的一次线圈22a的一次电流的通电·切断，火花塞9与上述点火线圈22的二次线圈22b连接。上述点火器23由发动机控制单元20的控制信号驱动。

上述实施例的点火装置的基本的点火作用与通常的点火装置相比并未发生特别的改变。即，经由点火器23在规定的通电时间(后述的TDWL或者TDWLMIN)的期间内以一次电流对点火线圈22的一次线圈22a进行通电。伴随着该一次电流的切断而在二次线圈22b产生较高的放电电压，伴随着混合气体的绝缘破坏而在火花塞9的电极间产生放电。

这里，在本实施例中，作为上述通电时间，基于内燃机运转条件而选择2种特性中的某一种。

即，如图4所示，在根据内燃机1的负载及转速而规定的运转区域中，将小于或等于某个转速、且大于或等于某个负载的规定的低速高负载区域预先规定为能量抑制区域A。在该能量抑制区域A中，即使假设在一次电流切断时未放电，也设为比较短的通电时间TDWLMIN，以使线圈最大发生电压不超过火花塞9的耐电压。在除了能量抑制区域A以外的运转区域中，设为正常时的通电时间TDWL。如前所述，上述能量抑制区域A与多少存在产生比点火定时提前开始燃烧的异常燃烧即提前点火的可能性的运转区域相对应。提前点火在进气温度、内燃机1的温度条件或者过渡变化的方式等各种条件重叠时产生，优选预先使该能量抑制区域A中包含产生提前点火的可能性极小的运转条件。

此外，与图4中由虚线所示的“0mmHg扭矩”相比靠高负载侧的区域是增压为正压的增压区域，上述能量抑制区域A处于该增压区域内。另外，图4中由矩形概略地表示的运转区域B表示进行大量的排气回流的排气回流区域。点火性在较高的排气回流率下恶化，因此该排气回流区域B成为要求较高的放电能量的难燃烧运转区域。该需要较高的放电能量的运转区域B处于低负载侧的非增压区域内，并且，作为转速，处于和能量抑制区域A大致重叠的转速范围内。

图3表示用于进行通电时间的特性切换的流程图，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4所示的能量抑制区域A内。如果处于能量抑制区域A内，则作为向一次线圈22a的通电时间而选择能量抑制区域用的通电时间TDWLMIN(步骤3)，如果处于除了能量抑制区域A以外的运转区域，则选择正常时的通电时间TDWL(步骤4)。

图5表示上述的正常时用的通电时间TDWL以及能量抑制区域用的通电时间TDWLMIN的特性。如图所示，正常时用的通电时间TDWL基于内燃机1的转速而决定，具有转速越高则越短的特性。与此相对，在能量抑制区域A内无论转速如何，能量抑制区域用的通电时间TDWLMIN均为恒定值，在以相同的转速进行比较的情况下，设定为能量抑制区域用的通电时间TDWLMIN比正常时用的通电时间TDWL短。

向一次线圈22a的通电时间和放电时的放电能量形成为图6所示的关系。即，基本上是通电时间越长则放电能量越大，并且，如果通电时间长至某种程度，则放电能量大致变得恒定。

因此，根据该图6所示的特性和前述的图5所示的特性，上述实施例中的放电能量(放电时)相对于内燃机转速变为图7中概略示出的特性。即，在除了能量抑制区域A以外的正常区域中，直至某个转速为止，放电能量大致恒定，如果超过某个转速，则放电能量随着转速的上升而不断降低。这里，图7中的虚线E1表示在前述的难燃烧运转区域(高排气回流区域)B中要求的放电能量的水平，在放电能量大致恒定的低中速区域中，具体而言，在直至转速N1为止的转速区域中，能够获得超过该运转区域B中的要求放电能量水平E1的放电能量。上述转速N1是至少超过难燃烧运转区域B的上限转速的转速，因此，在难燃烧运转区域B中，始终能够获得大于或等于其要求水平的放电能量。

另一方面，由于在能量抑制区域A中，使用不依赖于内燃机转速的通电时间TDWLMIN，因此放电能量在能量抑制区域A的转速范围内变得恒定。此时的放电能量比虚线E1所示的难燃烧运转区域B的要求水平低。另外，成为始终比正常区域中的通电时间TDWL内的放电能量低的水平。

在切断向一次线圈22a的通电时无法产生放电的情况下，依旧在点火线圈22产生较高的电压，但此时线圈最大发生电压相对于向一次线圈22a的通电时间变为图8所示的特性。即，与图6的放电时的特性略微不同，但作为趋势，通电时间越长则线圈最大发生电压越高，并且，如果通电时间长至某种程度，则产生的最大电压变得大致恒定。

因此，根据该图8所示的特性和前述的图5所示的特性，上述实施例中的未放电时线圈最大发生电压相对于内燃机转速变为图9中概略所示的特性。即，在除了能量抑制区域A以外的正常区域中，直至某个转速为止，最大发生电压大致恒定，如果超过某个转速，则最大发生电压随着转速的上升而不断降低。这里，图9中的虚线V1表示火花塞9的绝缘体的耐电压，在直至转速N2为止的转速区域中，能够产生超过耐电压V1的最大发生电压。但是，在将该通电时间TDWL作为对象的正常区域中，无需担心产生提前点火，进而不存在由提前点火引起的未放电的可能性，因此无需担心因未放电而超过耐电压V1。

另一方面，在能量抑制区域A中，使用不依赖于内燃机转速的通电时间TDWLMIN，因此线圈最大发生电压在能量抑制区域A的转速范围内恒定。通电时间TDWLMIN比较短，因而此时所产生的最大发生电压比虚线V1所示的火花塞9的耐电压低。另外，成为始终比正常区域中的通电时间TDWL内的最大发生电压低的水平。因此，即使假设在成为能量抑制区域A的低速高负载区域中产生提前点火而未进行放电，线圈最大发生电压也不会超过火花塞9的耐电压，无需担心因通过绝缘体的放电而产生火花塞9的破损。

这样，根据上述实施例，在存在产生提前点火的可能性的规定的低速高负载区域(能量抑制区域A)、和其他正常区域中，将对一次线圈22a的通电时间的特性设为不同，由此能够可靠地避免因提前点火的产生而引起的未放电时的火花塞9的破损，同时还能够将进行高排气回流的难燃烧运转区域B中的放电能量确保为足够高的水平，能够实现可靠的点火。

此外，将能量抑制区域A中的通电时间TDWLMIN设定为比正常时的通电时间TDWL短，但如果过短则不会在火花塞9的电极间产生放电，因此存在下限。具体而言，对通电时间TDWLMIN进行下述设定，即，使得图8所示的线圈最大发生电压满足在能量抑制区域A中缸内的气体密度达到最高的全负载(WOT)时在电极间能够产生放电的最低电压。在上述例子中，将通电时间TDWLMIN设为固定值，但即使在能量抑制区域A中缸内的气体密度也多少有所不同，因此，考虑到这一点，可以根据能量抑制区域A中的运转条件而将通电时间设定为可变。

以上对本发明的一个实施例进行了详细的说明，但本发明不限定于上述实施例，能够进行各种变更。

例如，图10表示成为能量抑制区域A的低速高负载区域的不同的例子。这样，对于作为能量抑制区域A的区域的设定，只要与使得作为对象的内燃机实际上存在产生提前点火的可能性的运转条件相对应地进行设定即可。

另外，在上述实施例中，以具有涡轮增压器的增压内燃机为例进行了说明，但成为未放电的主要原因的提前点火即使在自然进气内燃机中也有可能产生，因此，本发明同样能够应用于自然进气内燃机。

另外，作为难燃烧运转，除了伴随有高排气回流的运转以外，还能够举出稀薄燃烧、米勒循环中的运转等。因此，在这些作为对象的难燃烧运转区域中，优选将正常区域中的通电时间TDWL的特性设定为能够获得大于或等于其要求放电能量的放电能量。

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，从而使与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中，

在除了规定的低速高负载区域以外的正常区域中，对应于内燃机转速而对向上述一次线圈的通电时间进行设定，

另一方面，在规定的低速高负载区域中，使上述通电时间相对地比针对相同的内燃机转速的正常区域中的通电时间短，以使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压不超过上述火花塞的耐电压。

2.根据权利要求1所述的内燃机的点火装置，其中，

上述低速高负载区域设定为，与存在在点火定时前产生提前点火的可能性的运转区域相对应。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的点火装置，其中，

上述正常区域中的通电时间的特性设定为，在低速侧的规定的内燃机转速区域中，使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压超过上述火花塞的耐电压。

4.根据权利要求3所述的内燃机的点火装置，其中，

上述规定的内燃机转速区域是包含规定的难燃烧区域在内的内燃机转速区域。

5.根据权利要求3所述的内燃机的点火装置，其中，

上述内燃机是具有排气回流装置的带涡轮增压器的内燃机，

在低速低中负载区域的排气回流区域中，设为使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压超过上述火花塞的耐电压的程度的通电时间，

在与上述排气回流区域相比靠高负载侧的上述规定的低速高负载区域中，设为使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压不超过上述火花塞的耐电压的程度的通电时间。

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，从而使与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中，

在除了规定的低速高负载区域以外的正常区域中，对应于内燃机转速而对向上述一次线圈的通电时间进行设定，

另一方面，在规定的低速高负载区域中，使上述通电时间相对地比针对相同的内燃机转速的正常区域中的通电时间短，以使得在一次电流切断时未放电的情况下的最大电压不超过上述火花塞的耐电压。