JP2004263612A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
火花点火式の内燃機関にあっては、点火コイル等からなる点火装置より点火プラグに高電圧が印加され、それに伴って点火プラグの対向電極間に放電火花が発生する。そして、この放電火花の発生により、燃焼室内に導入された燃料が燃焼される。かかる場合において、点火プラグの電極付近温度が低いと、燃料の着火性が低下し、燃焼安定性が損なわれることが指摘されている。
【0003】
そこで従来より、吸入空気や潤滑油を加熱し、こうした熱量増加により燃焼安定性の改善を図ることが検討されている。しかしながら、実際の内燃機関では、定常運転のみではなく低回転軽負荷から高回転高負荷まであらゆる運転領域を瞬時に移動しなくてはならず、気体や液体でのエネルギ供給では追従性に問題があった。
【0004】
また、燃焼改善技術として、1回の燃焼行程内で複数回の放電を断続的に繰り返して実施する、いわゆる多重放電技術が提案されている。例えば特許文献1の技術では、多重放電を実施する内燃機関において、燃焼室内でのガス流動を強くした際に放電間隔を短縮するようにしており、これにより放電経路を制限し、着火性の向上を図るようにしていた。
【0005】
【特許文献1】
特許第2744256号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献1では、点火プラグの電極付近温度が低く初期着火が不安定となる場合に燃焼状態の悪化を招くおそれがあり、十分な燃焼改善対策がなされているものではなかった。特に、極低回転、無低負荷(アイドル)の運転状態にあっては、着火前のプラグ電極付近温度が低く、燃焼悪化を招く可能性が多分に考えられる。燃焼悪化が生じると、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を招くおそれもあり、適正なる燃焼改善対策が望まれている。
【0007】
近年では、ポンピングロス低減や混合気のミキシング改善を図るべく、可変動弁機構の適用により吸気バルブの開閉動作条件を調整し、吸気バルブのリフト量を少なくしたり、閉弁時期を早めたりして吸入空気量制御を実施するものがあり、この際、吸入空気量が制限されることから実圧縮比が低下する。さらに、各種ロスが低減されることで、同一出力時に必要な発生トルクが低減されることも実圧縮比の低下を助長する。この実圧縮比の低下により、点火プラグの電極付近温度が低下して燃焼安定性が悪化することも知られている。
【0008】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼状態の改善と燃費の低減を実現することができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明では、前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段とを備え、前記点火制御手段は、点火時期での放電開始後にその放電の継続時間を可変設定する手段を具備し、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記放電の継続時間を延長する。
【0010】
要するに、点火プラグによる放電開始後においてその放電の継続時間を延長することで、点火プラグの対向電極付近において温度上昇が促される。この場合、点火プラグの対向電極付近が着火可能な温度にまで確実に上昇することから、燃焼反応が活発化され、火炎核の形成が良好に行われる。その結果、燃焼状態が悪化している場合にあっても着火性が向上し、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【0011】
放電延長の手法としては、請求項2に記載したように、筒内温度に応じて放電の継続時間を可変設定すると良い。筒内温度に代えて、点火プラグの電極付近温度であっても良い。具体的には、筒内温度(電極付近温度)が低いほど放電の継続時間を延長する。或いは、請求項3に記載したように、筒内ガス流動の状態に応じて放電の継続時間を可変設定すると良い。具体的には、筒内ガス流動が強いほど放電の継続時間を延長する。
【0012】
請求項4に記載の発明では、放電の継続時間延長に制限を設けている。この場合、放電の継続時間を無用に延長することが抑制でき、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止等を図ることができる。
【0013】
請求項5に記載の発明では、前記点火制御手段は、1回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する手段を更に具備し、放電の継続時間が延長された第1放電に引き続き、小刻みに放電を繰り返す第2放電を実施する。本請求項5によれば、小刻みな放電を繰り返し実施することで、点火プラグの電極付近温度が保持される。これにより、拡散燃焼が促進される。つまり、第1放電に引き続いて第2放電を実施することで、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、より一層適正に燃焼状態の改善を図ることができる。
【0014】
請求項6に記載したように、前記点火制御手段は、筒内ガス流動の状態に応じて前記第2放電の実施期間を可変設定すると良く、より具体的には、筒内ガス流動が強いほど第2放電の実施期間を延長する。ここで、第2放電の実施期間を可変設定することは放電の繰り返し回数を可変設定することでもあり、第2放電の実施期間を延長することは放電の繰り返し回数を増やすことでもある。
【0015】
請求項7に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第1放電のみからなる点火形態、又は第1放電及び第2放電からなる点火形態を選択的に実施する。つまり、燃焼状態が悪化している場合において、燃焼改善の観点から見ると第1放電及び第2放電を共に実施するのが望ましいが、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止の観点から見ると放電は少ない方が望ましい。前記の通り内燃機関の運転状態に応じて点火形態を選択すれば、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。なお、燃焼悪化の程度に応じて前記各点火形態の選択をすれば良く、燃焼改善が比較的容易であれば第1放電のみからなる点火形態を選択し、燃焼改善が比較的困難であれば(すなわち、第1放電のみでは燃焼改善できないのであれば)第1放電及び第2放電からなる点火形態を選択する。
【0016】
点火装置は、点火の都度、放電火花発生のための電気エネルギを蓄えると共に該電気エネルギの放出により高電圧を点火プラグに印加する。この点火装置を具備する点火システムにおいて、請求項8に記載したように、前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際しそれに相応して前記点火装置に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させると良い。これにより、放電の継続時間を延長するための十分な放電エネルギが確保できる。
【0017】
放電の継続時間を延長すると燃焼反応が活発化されることから、放電延長をしない場合と比べて燃焼速度が速くなる。つまり、点火時期での放電開始後、出力トルクのピーク点にいち早く達する。この場合、請求項9に記載したように、前記点火制御手段は、放電の継続時間延長に際し、点火時期を遅角させると良い。これにより、放電延長したとしても、所望とする出力トルクが最適時期に得られるようになる。なお、点火遅角量は、放電継続時間の長さ(放電延長の程度)に応じて設定されるのが望ましい。
【0018】
一方、請求項10に記載の発明では、前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段を備え、該点火制御手段は、電極付近温度を上昇させるべく放電開始直後における放電の継続時間を延長する第1の燃焼改善手段と、該第1の燃焼改善手段の実施に引き続き、昇温後の電極付近温度を保持すべく1回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する第2の燃焼改善手段とを具備する。
【0019】
本請求項10によれば、点火プラグによる放電開始直後における放電の継続時間を延長することで、点火プラグの対向電極付近において温度上昇が促され、更にそれに引き続き、放電を繰り返し実施することで、点火プラグの電極付近温度が保持される。これにより、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【0020】
なお、請求項10の発明においては、上述した請求項2〜請求項4,請求項6,請求項8,請求項9に記載の発明が適用できる。すなわち、
・筒内温度(電極付近温度)に応じて、第1の燃焼改善手段における放電の継続時間を可変設定すること。
・筒内ガス流動の状態に応じて、第1の燃焼改善手段における放電の継続時間を可変設定すること。
・第1の燃焼改善手段における放電の継続時間延長に制限を設けること。
・筒内ガス流動の状態に応じて、第2の燃焼改善手段における繰り返し放電の実施期間を可変設定すること。
・放電の継続時間延長に際しそれに相応して点火装置に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させること。
・放電の継続時間延長に際し、点火時期を遅角させること。
が適用できる。
【0021】
請求項11に記載の発明では、内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を更に備え、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記点火制御手段は、前記第1の燃焼改善手段及び前記第2の燃焼改善手段により燃焼改善を実施する。これにより、燃焼状態が悪化している場合に燃焼改善を好適に実現することが可能となる。また、燃焼悪化に伴う必要時にのみ燃焼改善が実施されるため、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止等を図ることもできる。
【0022】
請求項12に記載の発明では、前記点火制御手段は、その都度の内燃機関の運転状態に応じて、第1の燃焼改善手段のみ実施するか、又は第1の燃焼改善手段及び第2の燃焼改善手段の両方を実施するかを選択する。つまり、内燃機関の運転状態に応じて各燃焼改善手段を選択的に実施すれば、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。なお、燃焼悪化の程度に応じて前記各燃焼改善手段を選択的に実施すれば良く、燃焼改善が比較的容易であれば第1の燃焼改善手段のみを選択して実施し、燃焼改善が比較的困難であれば(すなわち、第1の燃焼改善手段のみでは燃焼改善できないのであれば)第1の燃焼改善手段及び第2の燃焼改善手段を選択して実施する。
【0023】
請求項13に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の回転変動量を算出し、その回転変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には回転変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。本請求項13によれば、燃焼悪化が適宜検出され、放電延長や繰り返し放電(多重放電)といった燃焼改善処理が適正に実施できる。
【0024】
請求項14に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の燃焼室内の圧力変動量を算出し、その圧力変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には筒内圧力変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。本請求項14によれば、燃焼悪化が適宜検出され、放電延長や繰り返し放電(多重放電)といった燃焼改善処理が適正に実施できる。
【0025】
請求項15に記載の発明では、前記燃焼状態検出手段に代えて、内燃機関の運転領域毎に燃焼状態データを規定しておき該燃焼状態データを用いて燃焼状態を推定する手段を備え、燃焼悪化が推定された時に燃焼改善の処理を実施する。この場合、内燃機関の運転状態から燃焼悪化が生じるであろうと推定されると、放電延長や繰り返し放電(多重放電)といった燃焼改善処理が実施される。従って、燃焼悪化に対していち早く、或いは実際の燃焼悪化前に燃焼改善処理が実施できるようになる。
【0026】
近年、吸気バルブの開閉動作条件(リフト量、開弁時期等)を可変に調整して吸入空気量を制御するための可変動弁機構を有する内燃機関が実用化されつつあり、この内燃機関にあっては、吸入空気量を制限する方向で吸気バルブの開閉動作条件が設定されて前記可変動弁機構が制御される。かかる場合、実圧縮比の低下などが生じることで燃焼状態が不安定になり、燃焼悪化を招くおそれが生じるが、請求項16に記載したように、放電延長や繰り返し放電(多重放電)といった燃焼改善処理を前記吸気バルブの可変動弁機構に適用することにより、実圧縮比の低下などによって燃焼状態が不安定になる領域においても燃焼改善を実現することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図1を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【0028】
図1に示すエンジン10において、吸気管11の最上流部にはエアクリーナ12が設けられ、このエアクリーナ12の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ13が設けられている。エアフローメータ13の下流側には、DCモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ14と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ15とが設けられている。スロットルバルブ14の下流側にはサージタンク16が設けられ、このサージタンク16には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ17が設けられている。また、サージタンク16には、エンジン10の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド18が接続されており、吸気マニホールド18において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁19が取り付けられている。
【0029】
エンジン10の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ21及び排気バルブ22が設けられており、吸気バルブ21の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室23内に導入され、排気バルブ22の開動作により燃焼後の排ガスが排気管24に排出される。吸気バルブ21及び排気バルブ22にはそれぞれ可変動弁機構25,26が設けられている。これら可変動弁機構25,26は、各バルブ21,22のリフト量や開弁時期等のバルブ開閉動作条件を連続的に可変とすることができる構造を有し、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉動作条件が適宜調整されるようになっている。かかる場合、特に吸気側の可変動弁機構25によれば、燃焼室23内への吸入空気量を吸気ポート(吸気入口)で直接制御することが可能となる。故に、可変動弁機構25による吸入空気量制御を実施することにより、従来のスロットルバルブによる吸入空気量制御に比べて、スロットルバルブから燃焼室までの吸気系の応答遅れがなく吸入空気量制御の応答性が向上する。また、吸気通路をスロットルバルブで絞る必要がないため、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる。可変動弁機構25,26の詳細な構成例については後述する。
【0030】
なお、前記の通り本制御システムにあっては基本的に可変動弁機構25による吸入空気量制御が実施され、スロットルバルブ14による吸入空気量制御は実施されないが、補助的にスロットルバルブ14による吸入空気量制御が実施される。また、燃料タンク内に発生した燃料蒸気(エバポガス)を吸気系に排出する際には吸気管11に若干の負圧を発生させる必要がある。こうした理由から、スロットルバルブ14も併設されている。
【0031】
エンジン11のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ27が取り付けられており、点火プラグ27には、点火コイル等よりなる点火装置28を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ27の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室23内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【0032】
排気管24には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化するための三元触媒等の触媒31が設けられ、この触媒31の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比又はリッチ/リーンを検出するための空燃比センサ32(リニア空燃比センサ、酸素センサ等)が設けられている。また、エンジン10のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ33や、エンジンの所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ34が取り付けられている。
【0033】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るECU40に入力される。ECU40は、CPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁19の燃料噴射量や点火プラグ27による点火時期を制御する。
【0034】
ここで、図2を用いて吸気側の可変動弁機構25の構成を説明する。なお、排気側の可変動弁機構26は、吸気側の可変動弁機構25と実質的に同一であるため、説明を省略する。
【0035】
図2に示すように、吸気バルブ21の上端はスイングアーム51に当接しており、吸気バルブ21はスイングアーム51の揺動に伴い図の上下方向にリフト動作する。スイングアーム51にはほぼ中央部にローラ52が設けられ、スイングアーム51の上方にはローラ52の外周面に接するようにして縦向きにリンクアーム53が設けられている。リンクアーム53は、偏心カム56を一体に設けたコントロールシャフト55により支持されており、カムシャフト57の回転に応じて図の左右方向に揺動する。つまり、リンクアーム53のほぼ中央部にはローラ54が設けられており、そのローラ54の外周面がカムシャフト57に設けられたカム58に当接している。なお、リンクアーム53は、ローラ54がカム58に当接した状態で保持されるようリターンスプリング(図示せず)により付勢されている。かかる場合、カムシャフト57が回転すると、カム58の外周面形状(カムプロフィール)に追従してリンクアーム53が左右に揺動する。ここで、リンクアーム53の下端部には、通常時はスイングアーム51から離れると共に、リンクアーム53の揺動時にスイングアーム51に接してこれを押圧する押圧部53aが設けられており、リンクアーム53が揺動した際、押圧部53aによりスイングアーム51が押圧される。これにより、スイングアーム51が上下に揺動し、それに伴い吸気バルブ21が開側にリフト動作する。
【0036】
また、コントロールシャフト55は、ステッピングモータ等のアクチュエータ(図示せず)により微小角度の回転が付与されるようになっており、コントロールシャフト55に回転が付与されると、一体的に偏心カム56が回転し、リンクアーム53の支持点が少しずつ移動する。このとき、リンクアーム53の支持点が移動すると、当該リンクアーム53の揺動位置が変わり、その結果スイングアーム51の押圧量が変化すると共にバルブリフト量が変化する。
【0037】
具体的には、例えば、偏心カム56と共にコントロールシャフト55を図の時計回り方向に回転させると、偏心カム56によりリンクアーム53の上端部が右方へ押され、リンクアーム53の押圧部53aがスイングアーム51に近づくように移動する。この状態でカムシャフト57が回転すると、スイングアーム51の押圧量が大きくなり、吸気バルブ21のリフト量が大きくなると共に、スイングアーム51の押圧期間が長くなって吸気バルブ21の開弁期間が長くなる。
【0038】
コントロールシャフト55の回転角度位置はステッピングモータ等によりリニアに調整できるため、前記回転角度位置を細密に制御することにより、吸気バルブ21のリフト量や開弁期間といったバルブ開閉動作条件を連続的に可変とすることができる。この際、ECU40によって、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてコントロールシャフト55の回転角度位置が制御されるようになっている。
【0039】
本制御システムにおいて、ECU40は、「燃焼状態検出手段」と「点火制御手段」とを実現するものであり、特に点火制御手段としては、点火時期での放電開始後における放電の継続時間を延長する「第1放電」と、その第1放電に引き続き、1回の燃焼行程につき放電を断続的に繰り返す「第2放電」とを実施する。以下の説明では、第2放電を多重放電とも言う。第1放電は、電極付近温度を上昇させる目的で実施され、これが「第1の燃焼改善手段」に相当する。また、第2放電は、昇温後の電極付近温度を保持する目的で実施され、これが「第2の燃焼改善手段」に相当する。こうした点火形態を実現するための点火装置28の構成を図3に示す。図3には便宜上、1気筒分の構成を示すが、実際にはエンジンの気筒数分の構成が設けられている。
【0040】
図3において、直流電源であるバッテリ71には、エネルギ蓄積コイル72とトランジスタ73とが直列に接続されており、エネルギ蓄積コイル72にはトランジスタ73のON時に電気エネルギが蓄えられる。i0は当該コイル72に流れる電流である。また、エネルギ蓄積コイル72とトランジスタ73との間にはダイオード74を介してコンデンサ75が接続されている。コンデンサ75はエネルギ蓄積コイル72に蓄えられた電気エネルギにより充電される。
【0041】
点火コイル76は一次側コイル76aと二次側コイル76bとよりなり、一次側コイル76aの一端には前記コンデンサ75が接続され、他端にはトランジスタ77が接続されている。この場合、トランジスタ77をON/OFFさせることにより、エネルギ蓄積コイル72やコンデンサ75に蓄積された電気エネルギが順次放出され、一次側コイル76aに一次電流i1が流れる。また、点火コイル76の二次側コイル76bには点火プラグ27が接続されており、一次側コイル76aの通電時にはそれに伴い二次側コイル76bに二次電流i2が流れる。そして、点火コイル76からの放電エネルギの供給(高電圧の印加)により点火プラグ27に放電火花が発生する。
【0042】
ECU40は、その時々のエンジン運転状態等に応じた最適な点火時期を算出し、その点火時期に基づいて放電区間信号IGwと点火信号IGtとを生成し駆動回路78に対して出力する。駆動回路78は、放電区間信号IGwと点火信号IGtとに基づいて駆動信号IG1,IG2を生成し、この駆動信号IG1,IG2をトランジスタ73,77に対してそれぞれ出力する。
【0043】
前記点火装置28による点火動作の概要を図4のタイムチャートを用いて説明する。図4では、点火時期直後の放電延長と、その後の多重放電とを引き続いて実施する事例を示しており、同図において、時間t2〜t3が放電延長の期間、時間t3〜t4が多重放電の期間である。図4には、放電区間信号IGw、点火信号IGt、駆動信号IG1,IG2による各トランジスタ73,77の動作、エネルギ蓄積コイル72に流れる電流i0、点火コイル76の一次電流i1、及び二次電流i2を示す。
【0044】
図4において、時間t1〜t2では、点火信号IGtがHレベルに立ち上げられ、それを受けて駆動信号IG1がHレベルに立ち上げられる。駆動信号IG1の立ち上げによりトランジスタ73がONされ、エネルギ蓄積コイル72にエネルギが蓄積される。
【0045】
点火時期である時間t2では、点火信号IGtの立ち下げにより、駆動信号IG1,IG2がそれぞれLレベル、Hレベルに操作され、トランジスタ73がOFFに、トランジスタ77がONに切り替えられる。これにより、エネルギ蓄積コイル72及びコンデンサ75のエネルギが同時に点火コイル76の一次側コイル76aに供給され、二次側で高電圧が誘起されて点火プラグ27に放電火花が発生する。t2以降、点火プラグ27での放電が開始される。時間t2〜t3では、トランジスタ77がONであるために点火コイル76に磁気エネルギが蓄積される。
【0046】
放電区間信号IGwは時間t2〜t4の期間でHレベルとなり、この期間内でトランジスタ73,77が交互にON/OFFされることにより点火プラグ27の多重放電が行われる。すなわち、トランジスタ73がONされるとエネルギ蓄積コイル72に磁気エネルギが蓄積され、また、トランジスタ73のONに反転してトランジスタ77がOFFされると、点火コイル76に蓄積された磁気エネルギが点火プラグ27の放電エネルギとして放出される。その後、トランジスタ73がOFFされると、エネルギ蓄積コイル72の磁気エネルギが点火プラグ27の放電エネルギとして放出され、また、トランジスタ73のOFFに反転してトランジスタ77がONされると、再び点火コイル76にエネルギが蓄積される。こうして、各トランジスタ73,77が交互にON/OFFされることにより、エネルギ蓄積コイル72及び点火コイル76のエネルギが交互に使われて点火プラグ27の放電が繰り返される。その結果、放電区間内において点火プラグ27の火花放電が継続される。なお、放電終了後に、トランジスタ73がONされてコンデンサ75の充電が行われる。
【0047】
次に、ECU40により実施される燃焼改善の処理手順を説明する。図5は、燃焼改善処理ルーチンを示すフローチャートであり、同処理は、クランク角信号の立ち上がりエッジを検出する都度(すなわち30°CA毎に)ECU40により実行される。
【0048】
図5において、先ずステップS101では、その都度のエンジン運転状態に基づいて燃焼状態の検出を実施する。燃焼状態の検出手法は、不完全着火や失火等による燃焼不安定な状態が検出できるものであれば、任意の手法が適用できるが、ここでは一例としてエンジンの回転変動量に基づく検出手法について開示する。図6のフローチャートにて説明すると、ステップS201では、クランク角信号を読み込み、ステップS202では、所定のクランク角間(本実施の形態では30°CA)の経過時間T30を読み込む。
【0049】
その後、ステップS203では、燃焼行程における経過時間T30の最大値と最小値とを算出し、それぞれT30MAX、T30MINとする。ステップS204では、気筒毎に最大値T30MAXと最小値T30MINとの差分の今回値ΔT30i を算出する。更に、ステップS205では、差分ΔT30のなまし処理を実施する。すなわち、なまし定数kを用い、次の(1)式によりなまし後の差分ΔT30を算出する。
ΔT30=ΔT30+k×(ΔT30i −ΔT30) …(1)
その後、ステップS206では、過去n回分のデータを用いて差分ΔT30の平均値ΔT30ave を算出し、続くステップS207では、次の(2)式により回転変動量DEVを算出する。そして、元の図5の処理に戻る。
DEV=(ΔT30−ΔT30ave )/ΔT30ave …(2)
燃焼状態検出後(すなわち回転変動量DEVの算出後)、図5のステップS102では、燃焼状態の検出結果に基づいて燃焼悪化しているか否かを判別する。具体的には、図6の燃焼状態検出処理で算出した回転変動量DEVと所定の判定値とを比較し、回転変動量DEVが判定値よりも大きいか否かにより燃焼悪化を判別する。回転変動量DEVが判定値以下であり燃焼悪化していなければ、ステップS103に進み、通常の点火制御を実施する。
【0050】
また、回転変動量DEVが判定値よりも大きく燃焼悪化していれば、ステップS104に進み、エンジン運転状態(エンジン回転数、負荷情報など)を読み込む。続くステップS105では、その時の燃焼悪化の状況が、放電開始直後における放電継続時間の延長(放電延長)、すなわち第1放電の実施だけで燃焼改善されるものか、又はその放電延長に引き続き多重放電、すなわち第2放電の実施を要するものかを判別する。このとき、エンジン運転状態と燃焼悪化の程度とは概ね対応しており、放電延長するか、又は放電延長+多重放電するかをその都度のエンジン運転状態等に応じて判別する。本実施の形態では、予め用意したマップを用い、例えばエンジン回転数や、アクセル開度等の負荷情報をパラメータとして前記判別を実施する。なおこれ以外に、前記算出した回転変動量DEVを参照し、その程度に応じてステップS105の判別を実施することも可能である。
【0051】
そして、放電延長だけで燃焼改善されると判別された場合(ステップS105がYESの場合)には、放電延長を行わせるべく、ステップS106で放電継続時間の設定を行う。このとき、例えば図7の関係を用い、基本的に筒内温度に基づいて放電継続時間を設定する。図7では、筒内温度が低いほど放電継続時間を延長するような関係が規定されている。筒内ガス流動の状態をパラメータとして加えて放電継続時間を設定することも可能であり、かかる場合には、筒内ガス流動が強いほど、放電継続時間を延長する。但し、点火コイル一次側のエネルギ蓄積量には制限があること、エンジン高回転域では放電継続中に圧縮上死点に至るおそれがあること等の理由から、放電継続時間の最大値(最大値ガード)を規定しておくのが望ましく、その最大値も各種条件により可変設定できるようにする。放電継続時間の最大値を制限することにより、放電継続時間を無用に延長することが抑制でき、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止を図ることができる。点火プラグ27の電極付近温度が必要以上に上昇することも防止できる。
【0052】
なお、筒内温度は、燃焼室23内に設置した温度センサで計測するか、又は吸気温度や吸入空気量等のパラメータから推定する。筒内温度に代えて、点火プラグの電極付近温度としても良い。筒内ガス流動は、吸入空気の流れ(スワール、タンブル、スキッシュ)のバランス、吸気系に設けたスワール弁の位置(すなわちスワールの強さ)、吸入空気量などから推定する。ポート形状やピストン形状を考慮して筒内ガス流動を推定することも可能である。
【0053】
その後、ステップS107では、点火時期を遅角側に補正する。すなわち、前記の如く放電延長の処理を施すと、燃焼速度が上がり、放電開始後において出力トルクのピーク点にいち早く達する。故に、燃焼速度の上昇を見込んで、放電継続時間(放電延長の程度)に応じて点火時期を遅角させる。
【0054】
一方、ステップS105がNOの場合には、放電延長とそれに続く多重放電とを行わせるべく、ステップS108で放電継続時間の設定を行うと共に、ステップS109で多重放電期間の設定を行う。ステップS108では、前記ステップS106と同様に、例えば図7の関係を用い、筒内温度や筒内ガス流動に基づいて放電継続時間を設定すると良い。但しこの場合には、多重放電と組み合わせて放電延長が実施されるため、ステップS106の場合よりも短めに放電継続時間を設定するようにしても良い。また、ステップS109では、例えば図8の関係を用い、基本的に筒内ガス流動の状態に基づいて多重放電期間を設定する。図8では、筒内ガス流動が強いほど多重放電期間を延長するような関係が規定されている。但し、エンジンが高回転状態にある場合や点火時期が遅い場合には次の点火放電までの時間的な余裕がないことから、多重放電期間の最大値(最大値ガード)を規定しておくのが望ましく、その最大値も各種条件により可変設定できるようにする。
【0055】
その後、ステップS110では、点火時期を遅角側に補正する。このとき、前記ステップS107と同様に、放電延長による燃焼速度の上昇を見込んで、放電継続時間(放電延長の程度)に応じて点火時期を遅角させる。
【0056】
使用する点火プラグ27の熱価や筒内形状により対向電極付近の温度変化が影響を受けるため、プラグ熱価や筒内形状に合わせて放電継続時間や多重放電期間を調整することが望ましい。これにより、必要以上のエネルギ消費を抑制することや、点火プラグ27の電極磨耗を防止することが可能となる。なお、多重放電条件として、多重放電期間の他、個々の放電の間隔をエンジン運転状態に応じて可変に設定することも可能である。
【0057】
前記図5の処理に則して図4のタイムチャートをあらためて説明する。図4のt2〜t3が前記ステップS106,S108で設定した放電継続時間に相当し(但し、図4では多重放電を組み合わせており、正確にはステップS108の設定時間である)、図4のt3〜t4が前記ステップS109で設定した多重放電期間に相当する。
【0058】
図4のt2〜t3の期間では、放電の延長化により継続的に放電火花が発生するため、点火プラグ27の対向電極付近において温度上昇が促される。この場合、筒内温度が低いほど、又は筒内ガス流動が強いほど、放電継続時間(t2〜t3の期間)が延長される。点火プラグ27の対向電極付近が着火可能な温度にまで確実に上昇することから、燃焼反応が活発化され、火炎核の形成が良好に行われる。なお、放電延長に際してはそれに相応して多くの電気エネルギが点火装置28に蓄積できるよう、エネルギ蓄積の時間(t1〜t2の期間)も併せて延長されるようになっている。
【0059】
その後、t3〜t4の期間では、小刻みな多重放電が繰り返し実施されることで、点火プラグ27の電極付近温度が保持される。この場合、筒内ガス流動が強いほど多重放電期間(t3〜t4の期間)が延長される。仮に筒内ガス流動が強くても電極付近温度の低下が抑制され、拡散燃焼が促進される。つまり、放電延長とそれに引き続く多重放電とにより、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが実現でき、燃焼状態が大いに改善される。
【0060】
図9はプラグ電極付近の温度変化の様子を示すタイムチャートであり、図中の点火信号は図4の駆動信号IG1に相当する。図9では、時間t11の放電開始に伴い電極付近温度が上昇し、放電延長及び多重放電により電極付近温度が高温レベル(着火温度以上)で維持される。故に、火炎核の形成と拡散燃焼の促進とが確実に実現できる。
【0061】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【0062】
燃焼悪化が検出された際、放電開始直後の放電延長を実施するか、又はそれに引き続く多重放電を併せて実施することから、燃焼悪化の状態下にあっても着火性が向上し、燃焼状態の改善と燃費の低減が実現できる。
【0063】
その都度の燃焼状態に応じて、燃焼改善処理の要否を判断し、更に燃焼改善処理に際しては放電延長か又は放電延長+多重放電の何れかを選択的に実施するので、燃焼改善効果に加え、エネルギ消費の抑制やプラグ電極の摩耗防止といった効果がバランス良く得られるようになる。
【0064】
放電の継続時間延長に際しそれに相応して点火装置28に事前に蓄えられる電気エネルギを増大させるようにしたので、放電の継続時間を延長するための十分な放電エネルギが確保できる。
【0065】
放電の継続時間延長に際して点火時期を遅角させるようにしたので、放電延長したとしても、所望とする出力トルクが最適時期に得られるようになる。
【0066】
吸入空気量を制限する方向で可変動弁機構25によって吸入空気量制御が実施される場合、実圧縮比の低下などが生じることで燃焼状態が不安定になり、燃焼悪化を招くおそれが生じるが、上述した通り放電延長や多重放電といった燃焼改善処理を実施することにより、燃焼改善を実現することができる。
【0067】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【0068】
燃焼状態の検出手法として、エンジン10の回転変動量に基づく検出手法に代えて、次の検出手法を用いても良い。
・燃焼室23内の圧力変動量を算出し、その圧力変動量に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時には筒内圧力変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。筒内圧力は、シリンダブロックに設置した燃焼圧センサの検出値から算出されると良い。
・点火コイル二次側にイオン電流検出回路を設けて燃料の燃焼時に発生するイオン電流を計測し、そのイオン電流に基づいて燃焼状態を検出する。燃焼悪化時にはイオン電流変動が生じることから、燃焼悪化が精度良く検出できる。
【0069】
燃焼悪化を直接検出することに代えて、エンジン運転領域毎に燃焼状態データを規定しておき該燃焼状態データを用いて燃焼状態を推定するようにしても良い。燃焼悪化の推定パラメータとしては、エンジン回転数、アイドル状態、吸入空気量、吸入空気温度、エンジン水温、燃料噴射量、可変動弁機構25,26の動作状態、バッテリ電圧等々を用いる。この場合、各種の推定パラメータから燃焼悪化が生じるであろうと推定されると、放電延長や多重放電といった燃焼改善処理が実施される。従って、燃焼悪化に対していち早く、或いは実際の燃焼悪化前に燃焼改善処理が実施できるようになる。
【0070】
前記実施の形態では、放電延長するか、又は放電延長+多重放電するかをその都度のエンジン運転状態等に応じて判別したが(図5のステップS105)、これを変更する。例えば、燃焼悪化後において、放電延長している状態で再び燃焼悪化を判定し、放電延長しただけでは燃焼悪化が改善されていない場合に放電延長+多重放電の点火形態に移行する構成としても良い。この場合、燃焼悪化に際し、通常放電→放電延長→放電延長+多重放電の順に点火形態が切り替えられることとなる。
【0071】
多重放電による点火技術は、それ自体以前より実用化されており、通常点火と多重点火とをエンジン運転領域に応じて切り替えるものも存在する。図10には、通常点火及び多重点火の作動領域を示す。具体的には、全回転域の高負荷領域で通常点火ゾーンが設定され、1000rpm以上、中負荷までの領域で多重点火ゾーンが設定されている。また、本発明における放電延長+多重放電の点火形態は、多重点火ゾーン内においてより低回転で且つ低負荷の領域(1000rpm以下、無負荷近傍)に設定されている。図10の関係を用いることにより、通常点火、多重点火、放電延長+多重放電といった各点火形態を適正に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの構成図である。
【図2】可変動弁機構の構成図である。
【図3】点火システムの構成を示す回路図である。
【図4】点火動作を説明するためのタイムチャートである。
【図5】燃焼改善処理を示すフローチャートである。
【図6】燃焼状態検出処理を示すフローチャートである。
【図7】放電継続時間を設定するための説明図である。
【図8】多重放電期間を設定するための説明図である。
【図9】電極付近温度の推移を示すタイムチャートである。
【図10】各点火形態の作動領域を示す図である。
【符号の説明】
10…エンジン、
21…吸気バルブ、
23…燃焼室、
25…可変動弁機構、
27…点火プラグ、
28…点火装置、
40…ECU。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a spark ignition type internal combustion engine, a high voltage is applied to an ignition plug from an ignition device including an ignition coil and the like, and accordingly, a discharge spark is generated between opposed electrodes of the ignition plug. Then, the fuel introduced into the combustion chamber is burned by the generation of the discharge spark. In such a case, it has been pointed out that if the temperature near the electrode of the spark plug is low, the ignitability of the fuel is reduced and the combustion stability is impaired.
[0003]
Therefore, conventionally, it has been studied to heat intake air or lubricating oil and to improve combustion stability by increasing the amount of heat. However, in an actual internal combustion engine, it is necessary to move instantaneously in all operation ranges from low-speed light load to high-speed high load in addition to steady-state operation. there were.
[0004]
Further, as a combustion improvement technique, a so-called multiple discharge technique has been proposed in which a plurality of discharges are intermittently repeated within one combustion stroke. For example, in the technique of
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2744256
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in
[0007]
In recent years, in order to reduce pumping loss and improve mixing of the air-fuel mixture, the opening and closing operation conditions of the intake valve have been adjusted by applying a variable valve mechanism to reduce the lift amount of the intake valve and advance the closing timing. In some cases, the actual compression ratio is reduced because the intake air amount is limited. Further, the reduction of various losses reduces the required torque at the same output, which also contributes to the reduction of the actual compression ratio. It is also known that the decrease in the actual compression ratio lowers the temperature near the electrode of the ignition plug and deteriorates combustion stability.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can improve a combustion state and reduce fuel consumption.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the invention, there is provided an ignition control means for controlling the ignition timing of the ignition plug, and a combustion state detection means for detecting a combustion state of the internal combustion engine, wherein the ignition control means discharges at the ignition timing. Means for variably setting the duration of the discharge after the start, wherein the duration of the discharge is extended when deterioration of combustion is detected by the combustion state detecting means.
[0010]
In short, by extending the duration of the discharge after the start of discharge by the spark plug, a temperature rise is promoted near the counter electrode of the spark plug. In this case, the temperature of the vicinity of the opposite electrode of the ignition plug surely rises to a temperature at which ignition is possible, so that the combustion reaction is activated and the flame nucleus is favorably formed. As a result, even if the combustion state is deteriorated, the ignitability is improved, and the improvement of the combustion state and the reduction of fuel consumption can be realized.
[0011]
As a method of extending the discharge, the duration of the discharge may be variably set according to the in-cylinder temperature. Instead of the in-cylinder temperature, the temperature near the electrode of the spark plug may be used. Specifically, the lower the in-cylinder temperature (the temperature near the electrode), the longer the duration of the discharge. Alternatively, the duration of the discharge may be variably set according to the state of the gas flow in the cylinder. Specifically, the longer the gas flow in the cylinder, the longer the duration of the discharge.
[0012]
According to the fourth aspect of the present invention, the extension of the duration of the discharge is limited. In this case, it is possible to prevent the duration of the discharge from being unnecessarily extended, and it is possible to suppress the energy consumption and prevent the plug electrode from being worn.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, the ignition control means further comprises means for intermittently and repeatedly executing discharge by the spark plug for one combustion stroke, and the first discharge in which the duration of discharge is extended is performed. Subsequently, a second discharge in which the discharge is repeated in small increments is performed. According to the fifth aspect, the temperature in the vicinity of the electrode of the spark plug is maintained by repeatedly performing the small discharge. Thereby, diffusion combustion is promoted. That is, by performing the second discharge subsequent to the first discharge, formation of a flame nucleus and promotion of diffusion combustion can be realized, and the combustion state can be more appropriately improved.
[0014]
As described in claim 6, the ignition control means may variably set the implementation period of the second discharge in accordance with the state of the in-cylinder gas flow, and more specifically, the stronger the in-cylinder gas flow, Extend the implementation period of the second discharge. Here, variably setting the execution period of the second discharge also means variably setting the number of repetitions of the discharge, and extending the execution period of the second discharge also means increasing the number of repetitions of the discharge.
[0015]
According to the seventh aspect of the present invention, the ignition mode consisting of only the first discharge or the ignition mode consisting of the first discharge and the second discharge is selectively executed according to the operating state of the internal combustion engine each time. In other words, when the combustion state is deteriorating, it is desirable to carry out both the first discharge and the second discharge from the viewpoint of combustion improvement, but from the viewpoint of suppressing energy consumption and preventing wear of the plug electrode. It is desirable that the discharge is small. If the ignition mode is selected according to the operating state of the internal combustion engine as described above, the effects of suppressing energy consumption and preventing the wear of the plug electrode can be obtained in a well-balanced manner in addition to the combustion improving effect. It should be noted that each of the ignition modes may be selected according to the degree of combustion deterioration. If combustion improvement is relatively easy, an ignition mode consisting of only the first discharge is selected. (In other words, if the combustion cannot be improved only by the first discharge), an ignition mode including the first discharge and the second discharge is selected.
[0016]
The ignition device stores electric energy for generating a discharge spark every time of ignition and applies a high voltage to the ignition plug by discharging the electric energy. In the ignition system including the ignition device, as set forth in claim 8, it is preferable that the ignition control means increases the electric energy stored in the ignition device in advance corresponding to the extension of the duration of the discharge. . Thereby, sufficient discharge energy for extending the duration of discharge can be secured.
[0017]
When the duration of the discharge is extended, the combustion reaction is activated, so that the combustion speed is increased as compared with the case where the discharge is not extended. That is, after the start of the discharge at the ignition timing, the peak point of the output torque is quickly reached. In this case, the ignition control means may retard the ignition timing when extending the duration of the discharge. Thus, even if the discharge is extended, a desired output torque can be obtained at the optimal time. It is desirable that the ignition retard amount is set according to the length of the discharge continuation time (the extent of the discharge extension).
[0018]
On the other hand, the invention according to claim 10 includes ignition control means for controlling the ignition timing of the ignition plug, and the ignition control means extends the duration of the discharge immediately after the start of the discharge to increase the temperature near the electrode. Following the first combustion improving means and the second combustion improving means, a second step of intermittently and repeatedly performing discharge by the ignition plug for one combustion stroke in order to maintain the temperature near the electrode after the temperature rise. And combustion improvement means.
[0019]
According to the tenth aspect, by increasing the duration of the discharge immediately after the start of the discharge by the ignition plug, a temperature rise is promoted near the counter electrode of the ignition plug, and further, by repeating the discharge thereafter, The temperature near the electrode of the spark plug is maintained. As a result, the formation of a flame nucleus and the promotion of diffusion combustion can be realized, so that the combustion state can be improved and the fuel consumption can be reduced.
[0020]
In the invention of claim 10, the inventions of claims 2 to 4, claim 6, claim 8, and claim 9 can be applied. That is,
The duration of discharge in the first combustion improvement means is variably set according to the in-cylinder temperature (temperature near the electrode).
The duration of the discharge in the first combustion improvement means is variably set according to the state of the gas flow in the cylinder.
-To limit the extension of the duration of discharge in the first combustion improvement means.
-The execution period of the repeated discharge in the second combustion improving means is variably set according to the state of the gas flow in the cylinder.
Increasing the electrical energy pre-stored in the igniter corresponding to the extension of the duration of the discharge.
-To prolong the duration of discharge, retard the ignition timing.
Can be applied.
[0021]
The invention according to
[0022]
According to the twelfth aspect of the present invention, the ignition control means implements only the first combustion improvement means or the first combustion improvement means and the second combustion improvement means depending on the operation state of the internal combustion engine at each time. Choose to implement both improvement measures. In other words, if each combustion improvement means is selectively executed according to the operating state of the internal combustion engine, in addition to the combustion improvement effect, effects such as suppression of energy consumption and prevention of wear of the plug electrode can be obtained in a well-balanced manner. It should be noted that each of the combustion improvement means may be selectively performed according to the degree of combustion deterioration. If the combustion improvement is relatively easy, only the first combustion improvement means is selected and performed, and the combustion improvement is compared. If it is difficult (that is, if the combustion cannot be improved only by the first combustion improving means), the first combustion improving means and the second combustion improving means are selected and executed.
[0023]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the combustion state detecting means calculates a rotation fluctuation amount of the internal combustion engine, and detects a combustion state based on the rotation fluctuation amount. When the combustion deteriorates, the rotation fluctuation occurs, so that the deterioration of the combustion can be accurately detected. According to the thirteenth aspect, combustion deterioration is appropriately detected, and the combustion improvement processing such as discharge extension and repeated discharge (multiple discharge) can be appropriately performed.
[0024]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the combustion state detecting means calculates a pressure fluctuation amount in a combustion chamber of the internal combustion engine, and detects a combustion state based on the pressure fluctuation amount. Since in-cylinder pressure fluctuations occur at the time of combustion deterioration, combustion deterioration can be accurately detected. According to the fourteenth aspect, deterioration of combustion is appropriately detected, and combustion improvement processing such as discharge extension and repeated discharge (multiple discharge) can be appropriately performed.
[0025]
The invention according to
[0026]
In recent years, an internal combustion engine having a variable valve mechanism for variably adjusting the opening / closing operation conditions (a lift amount, a valve opening timing, and the like) of an intake valve to control an intake air amount has been put into practical use. In this case, the opening / closing operation condition of the intake valve is set in the direction of limiting the intake air amount, and the variable valve mechanism is controlled. In such a case, the combustion state becomes unstable due to a decrease in the actual compression ratio or the like, which may cause deterioration of combustion. However, as described in
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, an engine control system is constructed for an in-vehicle multi-cylinder gasoline engine which is an internal combustion engine. In this control system, an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) is used as a center to control a fuel injection amount. And control of ignition timing and the like. First, an overall schematic configuration diagram of the engine control system will be described with reference to FIG.
[0028]
In the engine 10 shown in FIG. 1, an
[0029]
An
[0030]
As described above, in the present control system, the intake air amount control is basically performed by the
[0031]
An ignition plug 27 is attached to a cylinder head of the
[0032]
The
[0033]
The outputs of the various sensors described above are input to the
[0034]
Here, the configuration of the intake-side
[0035]
As shown in FIG. 2, the upper end of the
[0036]
Further, the
[0037]
Specifically, for example, when the
[0038]
Since the rotation angle position of the
[0039]
In the present control system, the
[0040]
3, an
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
The outline of the ignition operation by the
[0044]
In FIG. 4, between times t1 and t2, the ignition signal IGt rises to the H level, and in response thereto, the drive signal IG1 rises to the H level. When the drive signal IG1 rises, the
[0045]
At time t2, which is the ignition timing, the drive signals IG1 and IG2 are respectively operated to L level and H level by the fall of the ignition signal IGt, and the
[0046]
The discharge section signal IGw is at the H level during the period from time t2 to t4, and during this period, the
[0047]
Next, a procedure of a combustion improvement process performed by the
[0048]
In FIG. 5, first, in step S101, detection of the combustion state is performed based on the engine operating state in each case. As a method for detecting the combustion state, any method can be applied as long as an unstable combustion state due to incomplete ignition or misfire can be detected, but a detection method based on an engine rotation fluctuation amount is disclosed here as an example. I do. 6, a crank angle signal is read in step S201, and an elapsed time T30 between predetermined crank angles (30 ° CA in the present embodiment) is read in step S202.
[0049]
Thereafter, in step S203, the maximum value and the minimum value of the elapsed time T30 in the combustion stroke are calculated, and are set to T30MAX and T30MIN, respectively. In step S204, a current value ΔT30i of a difference between the maximum value T30MAX and the minimum value T30MIN is calculated for each cylinder. Further, in step S205, a smoothing process of the difference ΔT30 is performed. That is, the difference ΔT30 after the averaging is calculated by the following equation (1) using the averaging constant k.
ΔT30 = ΔT30 + k × (ΔT30i−ΔT30) (1)
After that, in step S206, the average value ΔT30ave of the difference ΔT30 is calculated using the past n times of data, and in the following step S207, the rotation fluctuation amount DEV is calculated by the following equation (2). Then, the process returns to the original process of FIG.
DEV = (ΔT30−ΔT30ave) / ΔT30ave (2)
After the detection of the combustion state (that is, after the calculation of the rotation fluctuation amount DEV), in step S102 of FIG. 5, it is determined whether or not the combustion has deteriorated based on the detection result of the combustion state. Specifically, the rotation fluctuation amount DEV calculated in the combustion state detection processing of FIG. 6 is compared with a predetermined determination value, and combustion deterioration is determined based on whether the rotation fluctuation amount DEV is larger than the determination value. If the rotation fluctuation amount DEV is equal to or less than the determination value and combustion has not deteriorated, the process proceeds to step S103, and normal ignition control is performed.
[0050]
If the rotation fluctuation amount DEV is larger than the determination value and the combustion is deteriorated, the process proceeds to step S104, and the engine operation state (engine speed, load information, etc.) is read. In the following step S105, the situation of the deterioration of combustion at that time is determined to be whether the combustion duration is improved by extending the discharge duration immediately after the start of discharge (extension of discharge), that is, only by performing the first discharge, or multiple discharge following the extension of discharge. That is, it is determined whether the second discharge is required. At this time, the engine operating state and the degree of combustion deterioration generally correspond to each other, and it is determined whether to extend the discharge or to extend the discharge and perform multiple discharges according to the engine operating state or the like each time. In the present embodiment, the determination is performed using a map prepared in advance and using load information such as an engine speed and an accelerator opening as parameters. In addition to the above, it is also possible to refer to the calculated rotation fluctuation amount DEV and perform the determination in step S105 according to the degree.
[0051]
Then, when it is determined that the combustion is improved only by the extension of the discharge (YES in step S105), the discharge continuation time is set in step S106 in order to extend the discharge. At this time, for example, the discharge duration time is basically set based on the in-cylinder temperature using the relationship shown in FIG. In FIG. 7, a relationship is defined such that the lower the in-cylinder temperature, the longer the discharge duration time. It is also possible to set the discharge duration by adding the state of the in-cylinder gas flow as a parameter. In such a case, the stronger the in-cylinder gas flow, the longer the discharge duration. However, the maximum value of the discharge duration time (maximum value) is limited due to the fact that there is a limit to the amount of energy stored on the primary side of the ignition coil, and that compression top dead center may occur during discharge continuation in the high engine speed range. It is desirable to define a guard), and the maximum value can be variably set according to various conditions. By limiting the maximum value of the discharge duration time, it is possible to suppress the discharge duration time from being unnecessarily extended, and it is possible to suppress energy consumption and prevent abrasion of the plug electrode. It is also possible to prevent the temperature near the electrode of the
[0052]
The in-cylinder temperature is measured by a temperature sensor installed in the
[0053]
Then, in step S107, the ignition timing is corrected to the retard side. That is, when the process of extending the discharge is performed as described above, the combustion speed is increased, and the peak of the output torque is quickly reached after the start of the discharge. Therefore, the ignition timing is retarded according to the discharge continuation time (the degree of discharge extension) in anticipation of an increase in the combustion rate.
[0054]
On the other hand, if step S105 is NO, the discharge continuation time is set in step S108 and the multiple discharge period is set in step S109 in order to perform the discharge extension and the subsequent multiple discharge. In step S108, similarly to step S106, the discharge duration may be set based on the in-cylinder temperature and the in-cylinder gas flow, for example, using the relationship in FIG. However, in this case, since the discharge is extended in combination with the multiple discharges, the discharge duration may be set shorter than in the case of step S106. In step S109, for example, the multiple discharge period is set basically based on the state of the gas flow in the cylinder using the relationship shown in FIG. In FIG. 8, a relationship is defined such that the stronger the gas flow in the cylinder, the longer the multiple discharge period. However, when the engine is in a high rotation state or when the ignition timing is late, there is no time margin until the next ignition discharge, so the maximum value of the multiple discharge period (maximum value guard) should be specified. It is desirable that the maximum value can be variably set according to various conditions.
[0055]
Then, in step S110, the ignition timing is corrected to the retard side. At this time, as in step S107, the ignition timing is delayed according to the discharge continuation time (the degree of discharge extension) in anticipation of an increase in combustion speed due to the extension of discharge.
[0056]
Since the temperature change near the counter electrode is affected by the heat value of the
[0057]
The time chart of FIG. 4 will be described again based on the processing of FIG. 4 corresponds to the discharge duration set in steps S106 and S108 (however, in FIG. 4, multiple discharges are combined, more precisely, the set time in step S108), and t3 in FIG. T4 corresponds to the multiple discharge period set in step S109.
[0058]
In the period from t2 to t3 in FIG. 4, the discharge spark is continuously generated due to the extension of the discharge, so that the temperature is promoted near the counter electrode of the
[0059]
Thereafter, in the period from t3 to t4, the multiple discharge is performed in small increments, so that the temperature near the electrode of the
[0060]
FIG. 9 is a time chart showing how the temperature changes near the plug electrode. The ignition signal in the figure corresponds to the drive signal IG1 in FIG. In FIG. 9, the temperature near the electrode increases with the start of the discharge at time t11, and the temperature near the electrode is maintained at a high temperature level (ignition temperature or higher) due to the discharge extension and multiple discharge. Therefore, formation of a flame nucleus and promotion of diffusion combustion can be reliably realized.
[0061]
According to the present embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
[0062]
When the deterioration of combustion is detected, the discharge is extended immediately after the start of the discharge, or the subsequent multiple discharges are performed together, so that the ignitability is improved even under the condition of deterioration of combustion, and the combustion state is improved. Improvement and reduction of fuel consumption can be realized.
[0063]
In accordance with the combustion state in each case, the necessity of the combustion improvement processing is determined, and in the combustion improvement processing, either the discharge extension or the discharge extension + multiple discharge is selectively performed. Thus, effects such as suppression of energy consumption and prevention of wear of the plug electrode can be obtained in a well-balanced manner.
[0064]
When the duration of the discharge is extended, the electric energy stored in advance in the
[0065]
Since the ignition timing is retarded when the duration of the discharge is extended, a desired output torque can be obtained at the optimum timing even if the discharge is extended.
[0066]
When the intake air amount control is performed by the
[0067]
The present invention is not limited to the description in the above embodiment, and may be implemented, for example, as follows.
[0068]
As a method of detecting the combustion state, the following detection method may be used instead of the detection method based on the rotation fluctuation amount of the engine 10.
Calculate the pressure fluctuation amount in the
An ion current detection circuit is provided on the secondary side of the ignition coil to measure an ion current generated at the time of fuel combustion, and a combustion state is detected based on the ion current. When the combustion deteriorates, the ion current fluctuates, so that the combustion deterioration can be detected with high accuracy.
[0069]
Instead of directly detecting the deterioration of combustion, combustion state data may be defined for each engine operating region, and the combustion state may be estimated using the combustion state data. As parameters for estimating combustion deterioration, the engine speed, idle state, intake air amount, intake air temperature, engine water temperature, fuel injection amount, operating states of the
[0070]
In the above embodiment, whether to extend the discharge or to extend the discharge and perform the multiple discharges is determined according to the engine operating state or the like at each time (step S105 in FIG. 5), but this is changed. For example, after the combustion is deteriorated, the combustion deterioration may be determined again in the state where the discharge is extended, and if the combustion deterioration is not improved by merely extending the discharge, the ignition may be switched to the discharge extension + multiple discharge ignition mode. . In this case, when the combustion deteriorates, the ignition mode is switched in the order of normal discharge → extension of discharge → extension of discharge + multiple discharge.
[0071]
The ignition technique using multiple discharges has been put into practical use before itself, and there is also one that switches between normal ignition and multiple ignition according to the engine operating range. FIG. 10 shows the operation regions of the normal ignition and the multiple ignition. Specifically, a normal ignition zone is set in a high load region of the entire rotation range, and a multiple ignition zone is set in a region from 1000 rpm or more to a medium load. Further, the ignition mode of the discharge extension + multiple discharge in the present invention is set in a region of lower rotation and lower load (less than 1000 rpm, near no load) in the multiple ignition zone. By using the relationship of FIG. 10, it is possible to appropriately switch each ignition mode such as normal ignition, multiple ignition, and discharge extension + multiple discharge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a variable valve mechanism.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an ignition system.
FIG. 4 is a time chart for explaining an ignition operation.
FIG. 5 is a flowchart showing a combustion improvement process.
FIG. 6 is a flowchart showing a combustion state detection process.
FIG. 7 is an explanatory diagram for setting a discharge duration time.
FIG. 8 is an explanatory diagram for setting a multiple discharge period.
FIG. 9 is a time chart showing transition of the temperature near the electrode.
FIG. 10 is a diagram showing an operation region of each ignition mode.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine,
21 ... intake valve,
23 ... combustion chamber,
25 ... variable valve mechanism,
27 ... Spark plug,
28 ... Ignition device,
40 ... ECU.
Claims (16)
前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段と、
内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段とを備え、
前記点火制御手段は、点火時期での放電開始後にその放電の継続時間を可変設定する手段を具備し、前記燃焼状態検出手段により燃焼悪化が検出された際、前記放電の継続時間を延長することを特徴とする内燃機関の制御装置。In a control device for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine ignition system in which a high voltage is applied from an ignition device to generate a discharge spark between opposed electrodes of a spark plug and burn fuel introduced into a combustion chamber,
Ignition control means for controlling the ignition timing of the ignition plug;
And combustion state detection means for detecting the combustion state of the internal combustion engine,
The ignition control means includes means for variably setting the duration of the discharge after the start of the discharge at the ignition timing, and extending the duration of the discharge when the deterioration of combustion is detected by the combustion state detecting means. A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記点火プラグの点火時期を制御する点火制御手段を備え、該点火制御手段は、電極付近温度を上昇させるべく放電開始直後における放電の継続時間を延長する第1の燃焼改善手段と、該第1の燃焼改善手段の実施に引き続き、昇温後の電極付近温度を保持すべく1回の燃焼行程につき点火プラグによる放電を断続的に繰り返し実行する第2の燃焼改善手段とを具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。In a control device for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine ignition system in which a high voltage is applied from an ignition device to generate a discharge spark between opposed electrodes of a spark plug and burn fuel introduced into a combustion chamber,
An ignition control means for controlling an ignition timing of the ignition plug, the ignition control means extending a discharge duration immediately after the start of discharge to increase a temperature near the electrode; A second combustion improving means for intermittently and repeatedly performing discharge by a spark plug for each combustion stroke in order to maintain the temperature near the electrode after the temperature rise. Control device for an internal combustion engine.
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