JP2007187106A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関へ供給される燃料において異種燃料成分が占める比率が変化した場合であっても、燃料の点火を好適に実現する技術の提供を課題とする。
【解決手段】内燃機関内で放電する点火装置と、内燃機関へ供給される燃料において異種燃料成分が占める比率を推定する成分比率推定手段（Ｓ１０１）と、前記成分比率推定手段により推定された比率に基づいて点火装置に供給すべき点火エネルギを算出する点火エネルギ算出手段（Ｓ１０２）と、点火エネルギ算出手段が算出された点火エネルギを点火装置に供給する点火制御実施手段（Ｓ１０３）と、を備えるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関内で放電して燃料に点火する点火装置を備えた内燃機関の点火制御装置に関する。

容量放電型点火装置と誘導放電型点火装置とを組み合わせ、点火時期に多重放電する多重放電型の内燃機関用点火装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−２５０２６４号公報 特開２０００−２９１５１９号公報 特開平８−３３８３４９号公報 実開平５−１４５６５号公報 特開２００５−４８６２５号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、多重放電する点火装置に供給される点火エネルギは常に一定であり、このことは状況によっては不具合を生じさせることがあった。

たとえば、内燃機関の燃料がエタノール等のように揮発性の低い異種燃料成分を含有している場合には、内燃機関の温度が低い時の着火性や始動性が低下する可能性があった。このため、異種燃料を含まない燃料（以下、「通常燃料」と称する）を充填したサブタンクを別途設け、サブタンクの通常燃料のみで内燃機関の始動や運転を行う等の対策が必要であった。

しかし、内燃機関の始動時等に、より大きな点火エネルギを点火装置へ供給すれば、異種燃料を含む燃料を使用して内燃機関を始動及び運転させることができる。つまり、従来技術においては、一定の点火エネルギを点火装置へ供給するにとどまるため、燃料に含まれる異種燃料成分量が変化すると、燃料の着火不良や内燃機関の始動性低下等が発生する場合があった。

また、上記したようなサブタンクが設けられた場合には、部品点数の増加、車載性の低下、或いは車両重量の増加などの不具合を誘発する可能性もあった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、内燃機関に供給される燃料において異種燃料成分が占める比率が変化した場合であっても、好適な点火を実現可能とする技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関内で放電する点火装置と、
内燃機関に供給される燃料において異種燃料成分が占める比率を推定する成分比率推定手段と、
前記成分比率推定手段により推定された比率に基づいて前記点火装置に供給すべき点火エネルギを算出する点火エネルギ算出手段と、
前記点火エネルギ算出手段により算出された点火エネルギを前記点火装置に供給する点火制御実施手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置である。

この構成では、点火装置へ供給される点火エネルギは、内燃機関へ供給される燃料（以下、「供給燃料」と略称する）において異種燃料成分が占める比率（すなわち、供給燃料における異種燃料成分の含有比率）に基づいて決定される。

このため、供給燃料において異種燃料成分が占める比率が変化すると、それに応じて点火装置へ供給される点火エネルギも変更されることになる。例えば、供給燃料における異種燃料成分の含有比率が高くなるほど、点火装置へ供給される点火エネルギも高くされる。

その結果、供給燃料において異種燃料成分が占める比率が高い場合であっても、点火装置は供給燃料の点火を好適に行うことが可能となる。更に、供給燃料を用いて内燃機関を始動させることも可能となる。

また、供給燃料における異種燃料成分の比率が高い場合であっても、その供給燃料で内燃機関の始動が行えるため、内燃機関の始動のために通常燃料を充填したサブタンクを設ける必要もなくなる。

なお、上記した点火エネルギとは、点火装置が放電する際に必要となる電気エネルギである。点火エネルギの変更は、点火装置に印加される電圧の大きさ、或いは点火装置に対する電圧印加期間を変更することにより行うことができる。

前記点火エネルギ算出手段は、該点火エネルギ算出手段が算出した点火エネルギを、温度を検知する温度検知手段の検知した温度に基づいて補正するようにしてもよい。温度検知手段が検知する温度は、異種燃料成分の揮発性と相関する温度であり、例えば、内燃機関の温度（筒内の雰囲気温度）や吸気温度などを例示することができる。内燃機関の温度としては冷却水温度や潤滑油温度を代用することができ、吸気温度としては外気温度を代用することもできる。

この構成では、点火装置に供給される点火エネルギは、供給燃料における異種燃料成分の比率に加え、温度検知手段が検知した温度によっても変更されることになる。このため、異種燃料成分が揮発し難い低温下であっても、点火装置が燃料に点火可能となる。

前記点火装置は、内燃機関内で多重放電する多重放電型の点火装置であることがよい。

この構成では、点火装置は、多重放電して点火を実施する。その際、点火装置に供給される点火エネルギは、供給燃料において異種燃料成分が占める比率に応じて変更される。その結果、点火装置が多重放電する際の放電期間や放電量は、供給燃料において異種燃料成分が占める比率に応じて変更されるようになる。

なお、供給燃料における異種燃料成分としては、内燃機関を作動させるための通常燃料とは異なる燃料成分であり、エタノール、メタノール、メチルエステルなどのバイオ燃料が挙げられる。

本発明によると、内燃機関に供給される燃料における異種燃料成分の含有比率に基づき点火装置へ供給される点火エネルギが変更されるため、燃料の好適な点火を実現することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る点火制御装置を適用する内燃機関の点火装置の概略構成を示す図である。

図１に示す点火装置は、車両に搭載されるものであって、ＤＬＩ（Distributor Less Ignition）方式の点火装置である。

バッテリ１のプラス端子とグランド間には、エネルギ蓄積コイル２とトランジスタ３とが直列に接続されている。エネルギ蓄積コイル２には、トランジスタ３のオンに伴う通電によりエネルギが蓄えられる。エネルギ蓄積コイル２へと電流ｉ０が流れる。エネルギ蓄積コイル２とトランジスタ３との間の交点Ａは、ダイオード４を介して容量放電用コンデンサ５に接続されている。コンデンサ５は、エネルギ蓄積コイル２に蓄えられたエネルギにより充電される。

また、ダイオード４とコンデンサ５との間の交点Ｂとグランド間には、点火コイル６の１次コイル７とトランジスタ８と抵抗９が直列に接続されている。そして、トランジスタ８をオン／オフさせてコンデンサ５に充電されたエネルギを点火コイル６の１次コイル７に供給することが可能である。１次コイル７へと電流（１次電流）ｉ１が流れる。１次コイル７の通電に伴い点火コイル６の２次コイル１０へと電流（２次電流）ｉ２が流れる。２次コイル１０には、不図示の点火プラグが接続されている。

なお、図１には、１つの気筒用の点火コイル６とトランジスタ８と抵抗９だけを示したが、実際には気筒数分の点火コイルとトランジスタと抵抗が用意されている。また、コンデンサ５に対し並列に還流ダイオード１１が接続されており、トランジスタ８のオフ時に１次コイル７へ流れる電流は還流ダイオード１１を介して還流される。さらに、バッテリ１とエネルギ蓄積コイル２との間の交点Ｃと交点Ｂとの間には、トランジスタ１２とダイオード１３が直列に接続されている。

一方、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１４は、各種センサが
検知した信号が入力されて内燃機関の状態（吸入空気量、回転数、冷却水温度など）を認識することができる。そして、ＥＣＵ１４は、現在の内燃機関の状態に応じた最適な点火時期を決定する。また、ＥＣＵ１４には、駆動回路１５が接続され、ＥＣＵ１４は駆動回路１５に対し判別信号Ｓ１や放電区間信号Ｓ２を出力する。駆動回路１５には、トランジスタ３，８，１２が接続され、駆動回路１５はトランジスタ３に駆動信号Ｓ３を出力し、トランジスタ８に駆動信号Ｓ４を出力し、トランジスタ１２に駆動信号Ｓ５出力する。

次に、上記構成の点火装置の作動について図２を用いて説明する。図２には、トランジスタ１２の駆動信号Ｓ５と、放電区間信号Ｓ２と、判別信号Ｓ１と、トランジスタ３の駆動信号Ｓ３と、トランジスタ８の駆動信号Ｓ４と、エネルギ蓄積コイル２に流れる電流ｉ０と、点火コイル６の１次電流ｉ１と、２次電流ｉ２と、が信号波形又は電流波形で示されている。

駆動回路１５は、通常時、信号Ｓ５をＬレベルにし、トランジスタ１２をオフ状態にしている。また、ＥＣＵ１４から駆動回路１５に対し判別信号Ｓ１が出力され、判別信号Ｓ１は図２のｔ１〜ｔ２の期間にＨレベルとなっている。駆動回路１５は、この判別信号Ｓ１に同期した波形の駆動信号Ｓ３をトランジスタ３に出力する。この駆動信号Ｓ３によりトランジスタ３がオン状態となって電流ｉ０が徐々に大きくなり、トランジスタ３のオフ時にエネルギ蓄積コイル２に発生した高電圧エネルギがダイオード４を介して点火コイル
６の１次コイル７に供給される。

一方、放電区間信号Ｓ２は図２のｔ２〜ｔ３の期間にＨレベルとなっており、この期間に放電が行われる。すなわち、駆動回路１５は、駆動信号Ｓ３として所定時間ごとに反転する信号（ｔ２１、ｔ２２、・・・のタイミングで反転する信号）をトランジスタ３に出力して、オフ時にエネルギ蓄積コイル２に発生した高電圧エネルギを、ダイオード４を介してコンデンサ５に蓄積する（所謂多重充電する）。

この繰り返し動作中において、駆動回路１５は、駆動信号Ｓ４として、駆動信号Ｓ３に対し相補的な信号（ｔ２、ｔ２１、ｔ２２、・・・のタイミングで反転する信号）をトランジスタ８に出力する。この駆動信号Ｓ４により、コンデンサ５のエネルギが点火コイル６の１次コイル７に供給され、１次電流ｉ１の遮断時（ｔ２１、ｔ２３、ｔ２５、ｔ２７、ｔ２９、ｔ２１１のタイミング）に大きな２次電流ｉ２が発生して、所謂多重点火、すなわち多重放電する。

そして、次の点火のために、トランジスタ３がｔ２１１のタイミングでオン状態になるとともにｔ２１２のタイミングでオフ状態になり、このｔ２１１〜ｔ２１２の期間にエネルギ蓄積コイル２に発生したエネルギがコンデンサ５に蓄積される。つまり、今回の点火のための動作におけるｔ２〜ｔ２１の期間でのトランジスタ８のオンにおいては前回におけるｔ２１１〜ｔ２１２の期間（前回の点火のための動作）でコンデンサ５に蓄積したエネルギとｔ１〜ｔ２の期間にエネルギ蓄積コイル２に発生したエネルギとが１次コイル７に供給される。すなわち、図２のｔ２〜ｔ１１の期間における１次電流ｉ１において、突出電流部分ｅ１をコンデンサ５に蓄積したエネルギが受け持ち、その後の緩やかな電流部分ｅ２をｔ１〜ｔ２の期間にエネルギ蓄積コイル２に発生したエネルギが受け持っている。

このように、駆動回路１５は、トランジスタ３をオン／オフ（導通／遮断）させてエネルギ蓄積コイル２に蓄えられたエネルギによりコンデンサ５を充電するとともに、点火時期においてトランジスタ８をオン／オフさせてコンデンサ５に充電されたエネルギを点火コイル６の１次コイル７に供給する。これにより、点火動作が行われる。詳しくは、駆動回路１５は、判別信号Ｓ１と放電区間信号Ｓ２とを入力して、対象気筒に対し放電区間（ｔ２〜ｔ３）にトランジスタ３を連続してオン／オフさせてコンデンサ５を多重充電するとともに、トランジスタ８をトランジスタ３とは相補的に動作させて多重放電する。

ここで、本実施例では、内燃機関に供給される燃料（供給燃料）に含まれるエタノールの割合に応じて、多重放電する点火装置に供給される点火エネルギを変更する。詳しくは、ＥＣＵ１４で供給燃料においてエタノールが占める比率を、図示しないＯ２センサのフィードバック制御の学習値から推定し、推定した比率に応じて図２の多重放電の放電区間（ｔ２〜ｔ３）を増減する。

なお、本実施例は、内燃機関への供給燃料にエタノールを含む場合の例である。供給燃料にエタノールを含むと、内燃機関の始動時に内燃機関内の温度が上昇し難いためにエタノールが揮発し難く、内燃機関の始動が困難である。よって、内燃機関の始動時に、供給燃料におけるエタノールの含有比率に応じて、点火装置へ供給される点火エネルギを変更するようにしている。

具体的に、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、図３のフローに従って、点火装置における点火を実施する。なお、このフローは、内燃機関の回転数、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１４が実行するルーチンである。以下、図３のフローチャートに沿って説明する。

先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という。）１０１においては、ＥＣＵ１４は、供給燃料においてエタノールが占める比率（エタノール含有比率）を推定する。この推定は、ＥＣＵ１４に入力された、図示しないＯ２センサのフィードバック制御の学習値から導かれる。なお、Ｓ１０１を行うＥＣＵ１４が本発明に係る成分比率推定手段に相当する。また、エタノールの比率を推定する手法は、アルコールセンサを設け、直接エタノールの割合を検出することなどでもよい。

Ｓ１０１に引き続くＳ１０２においては、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０１において推定されたエタノールの比率に基づき、点火装置が供給燃料に点火するために必要となる点火エネルギを算出する。供給燃料におけるエタノールの比率に基づく点火に必要な点火エネルギは、図４に示すような２次元マップから算出されるもので、エタノールの比率が高いほど、点火エネルギが大きくなっていく。なお、Ｓ１０２を行うＥＣＵ１４が本発明に係る点火エネルギ算出手段に相当する。

Ｓ１０２に引き続くＳ１０３においては、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０２において算出された点火エネルギを点火装置へ供給することにより、該点火装置から多重放電させる。具体的には、図２における点火時のタイミングにおいて、多重放電の放電区間（ｔ２〜ｔ３）の設定変更を行い、その設定変更後の放電区間（ｔ２〜ｔ３）の放電区間信号Ｓ２をＥＣＵ１４が図２の駆動回路１５に出力して多重放電を行う。つまり、エタノールの比率が高く、点火に必要とする点火エネルギが大きくなっていくほど、放電区間（ｔ２〜ｔ３）を増加させるような放電区間信号Ｓ２を出力しつつ多重放電を行う。なお、Ｓ１０３を行うＥＣＵ１４が本発明に係る点火制御実施手段に相当する。

本実施例では、点火装置へ供給する点火エネルギを算出し、算出された点火エネルギを点火装置に供給する。よって、供給燃料におけるエタノールの比率に基づいて点火エネルギを算出すれば、点火装置へ供給する点火エネルギを変更でき、実際の点火も供給燃料におけるエタノールの比率を考慮した点火状況を実現できる。したがって、供給燃料におけるエタノールの比率に基づいて点火装置へ供給する点火エネルギを変更可能とし、より好適な点火を実現することができる。

以上のように、本実施例では、供給燃料におけるエタノールの比率が高いために、点火装置に小さな点火エネルギが供給されても内燃機関の始動が行えない状況において、供給燃料におけるエタノールの比率が高いことに合わせてより大きな点火エネルギを点火装置へ供給して点火が実施できる。したがって、供給燃料におけるエタノールの比率が高い場合であってもその供給燃料で内燃機関の始動がより好適に行える。

また、供給燃料におけるエタノールの比率が高い場合であってもその供給燃料で内燃機関の始動が行えるため、内燃機関の始動のためにエタノールを混合していない通常燃料を充填したサブタンクを設ける必要がなくなり、部品点数を削減することができる。

本実施例では、実施例１で算出される、多重放電する点火装置に供給される点火エネルギを、外気温度に応じて補正する。詳しくは、実施例１のように推定した供給燃料におけるエタノール比率に応じて図２の多重放電の放電区間（ｔ２〜ｔ３）を増減するだけでなく、ＥＣＵ１４で外気温度を不図示の温度センサで検知して、検知した外気温度に応じても図２の多重放電の放電区間（ｔ２〜ｔ３）を増減する。本実施例では、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

具体的に、本実施例においては、ＥＣＵ１４が、実施例１と同様に図３のフローに従っ
て、点火装置における点火を実施する。ここで、ＥＣＵ１４には、外気温度センサが検知した外気温度が入力されている。なお、外気温度センサが本発明に係る温度検知手段に相当する。

先ず、Ｓ１０１は、実施例１と同様である。

そして、Ｓ１０２においては、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０１の推定結果の供給燃料におけるエタノールの比率に基づき、点火装置を用いた点火に必要な点火エネルギを算出する。エタノールの比率に基づく点火に必要な点火エネルギは、図４に示すような２次元マップから算出されるもので、エタノールの比率が高いほど、点火エネルギが大きくなっていく。

それに加え、Ｓ１０２では、ＥＣＵ１４は、外気温度センサが検知した外気温度に基づき、先にエタノールの比率に基づき算出した点火エネルギを補正する。外気温度に基づく点火に必要な点火エネルギの補正係数は、図５に示すような２次元マップから算出されるもので、常温（例えば２５℃）を基準（係数は１）とし、外気温度が低いほど、エタノールが揮発し難く着火し難くなるため補正係数が大きくなっていく。これにより、先にエタノールの比率に基づき算出した点火エネルギに補正係数を乗算することで点火エネルギの補正を行う。

なお、Ｓ１０２は、点火エネルギとエタノールの比率と外気温度との３次元マップから点火エネルギを算出することとし、外気温度に基づく点火に必要な点火エネルギの補正をエタノールの比率に基づく点火エネルギの算出に含ませてしまってもよい。

Ｓ１０２に引き続くＳ１０３は、実施例１と同様である。

以上の本実施例では、検知した外気温度に基づいて、供給燃料におけるエタノールの比率に基づいて算出する点火エネルギを補正する。よって、外気温度が低く供給燃料におけるエタノールが揮発し難いために、点火装置に小さな点火エネルギが供給されても内燃機関の始動が行えない状況において、外気温度が低いことに合わせて大きな点火エネルギを点火装置へ供給して点火が実施できる。したがって、供給燃料におけるエタノールの比率が高く、しかも外気温度が低くエタノールが揮発し難い場合であってもその供給燃料で内燃機関の始動がより好適に行える。

なお、本実施例では、外気温度を検知してエタノールの揮発状態を推測しているが、内燃機関の冷却水温度などでエタノールの揮発状態を推測してもよい。

実施例１に係る点火制御装置を適用する内燃機関の点火装置の概略構成を示す図である。 実施例１に係る内燃機関の点火装置の信号波形及び電流波形を示す図である。 実施例１に係る内燃機関の点火装置における点火制御実施の制御フローチャートである。 実施例１に係るエタノールの比率と点火エネルギとの２次元マップを示す図である。 実施例２に係る外気温度と補正係数との２次元マップを示す図である。

符号の説明

１ バッテリ
２ エネルギ蓄積コイル
３ トランジスタ
５ 容量放電用コンデンサ
６ 点火コイル
７ １次コイル
８ トランジスタ
１０ ２次コイル
１４ ＥＣＵ
１５ 駆動回路
ｉ１ １次電流
ｉ２ ２次電流
Ｓ１ 判別信号
Ｓ２ 放電区間信号
Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５ 駆動信号

Claims (4)

1. 内燃機関内で放電する点火装置と、
   内燃機関に供給される燃料において異種燃料成分が占める比率を推定する成分比率推定手段と、
   前記成分比率推定手段により推定された比率に基づいて前記点火装置に供給すべき点火エネルギを算出する点火エネルギ算出手段と、
   前記点火エネルギ算出手段により算出された点火エネルギを前記点火装置に供給する点火制御実施手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記異種燃料成分は、エタノールであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。
3. 前記点火エネルギ算出手段は、前記成分比率推定手段により推定された比率に基づいて算出された点火エネルギを、温度を検知する温度検知手段の検知温度に基づき補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火制御装置。
4. 前記点火装置は、内燃機関内で多重放電する多重放電型の点火装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火制御装置。

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