JP2008303841A - Internal combustion engine and controller of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関に関し、特に、内燃機関の運転状態に応じて、各気筒において、サイクルごとに複数の点火プラグ(点火源)を用いて点火を行う多点点火制御と、1つの点火プラグを用いて複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御とを、実行可能な内燃機関の制御技術に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine having a plurality of spark plugs for each cylinder, and in particular, in many cylinders that perform ignition using a plurality of spark plugs (ignition sources) in each cylinder in accordance with the operating state of the internal combustion engine. The present invention relates to a control technique for an internal combustion engine capable of executing point ignition control and multiple ignition control in which ignition is performed by performing capacity discharge a plurality of times using one ignition plug.
内燃機関においては、気筒内に形成された混合気を急速燃焼させるため、気筒ごとに複数の点火プラグを備え、複数の点火プラグを用いて混合気の複数の部位に着火して燃焼させる、いわゆる多点点火式の内燃機関が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In an internal combustion engine, in order to rapidly burn an air-fuel mixture formed in a cylinder, each cylinder is provided with a plurality of spark plugs, and a plurality of spark plugs are used to ignite and burn a plurality of portions of the air-fuel mixture. A multi-point ignition internal combustion engine is known (see, for example, Patent Document 1).
また、気筒内に形成される混合気の着火を確実なものとするため、1つの点火プラグを用いて、各サイクルにおいて複数回、容量放電させて点火を行う、いわゆる多重点火を行うことが知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, in order to ensure ignition of the air-fuel mixture formed in the cylinder, so-called multiple ignition, in which ignition is performed by performing capacity discharge a plurality of times in each cycle, using a single spark plug, can be performed. It is known (see, for example, Patent Document 2).
ところで、多点点火式の内燃機関においては、気筒内における混合気等のガス流動速度が速い場合など、1つの点火プラグを用いて点火を行っても、着火後の火炎伝播が十分に速くなる場合がある。このような場合、多点点火を行うと、ノッキングが生じる虞がある。また、点火プラグの火花放電部に生じた電気火花が、気筒内のガス流動により流されることで必要な放電維持電圧が高くなってしまい、火花放電部において電気火花を維持することができなくなる虞がある。 By the way, in a multi-point ignition type internal combustion engine, even when ignition is performed using one spark plug, such as when the gas flow rate of an air-fuel mixture or the like in a cylinder is fast, the flame propagation after ignition is sufficiently fast. There is a case. In such a case, knocking may occur when multipoint ignition is performed. In addition, since the electric spark generated in the spark discharge portion of the spark plug is caused to flow by the gas flow in the cylinder, the necessary discharge sustaining voltage becomes high, and it may not be possible to maintain the electric spark in the spark discharge portion. There is.
一方、多重点火が可能な内燃機関においては、多重点火を行う分だけ点火プラグの点火時間又は点火回数が増大するため、点火プラグの火花放電部を構成する電極が消耗し易くなり、点火プラグの寿命が短くなるという問題が生じる。 On the other hand, in an internal combustion engine capable of multiple ignition, the ignition time or number of ignitions of the spark plug increases by the amount of multiple ignition, so that the electrodes constituting the spark discharge part of the spark plug are easily consumed, The problem is that the life of the plug is shortened.
したがって、気筒ごとに複数の点火プラグを備えて、多点点火と多重点火が可能な内燃機関においては、内燃機関の運転状態等に応じて、適宜、多点点火と多重点火を使い分ける必要がある。 Therefore, in an internal combustion engine that includes a plurality of ignition plugs for each cylinder and can perform multipoint ignition and multiple ignition, it is necessary to properly use multipoint ignition and multiple ignition depending on the operating state of the internal combustion engine. There is.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多点点火と多重点火を切替えることで、点火プラグの電極が消耗することを抑制しつつ、気筒内における混合気の着火をより確実に行うことが可能な、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and by switching between multipoint ignition and multiple ignition, it is possible to more reliably ignite the air-fuel mixture in the cylinder while suppressing the electrode of the spark plug from being consumed. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can be performed in the same manner.
上記の目的を達成するために、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関の制御装置であって、サイクルごとに複数の点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御と、1つの点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御と、を切替可能な点火制御切替手段と、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する着火性判定手段と、を有し、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine having a plurality of spark plugs for each cylinder, the multipoint ignition control for igniting using a plurality of spark plugs for each cycle, and one spark plug Is used to determine whether or not the mixture in the cylinder is difficult to ignite, and the ignition control switching means that can switch between multiple ignition control that performs ignition by performing capacity discharge multiple times for each cycle. Ignitability determining means, and the ignition control switching means switches from multipoint ignition control to multiple ignition control when it is determined that the air-fuel mixture is not easily ignited.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えるものとすることができる。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition control switching means may switch from the multiple ignition control to the multipoint ignition control when it is determined that the air-fuel mixture is not difficult to ignite. it can.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、着火性判定手段は、機関回転速度が予め設定された判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the ignitability determining means determines that the air-fuel mixture is difficult to ignite when the engine rotational speed becomes equal to or higher than a predetermined rotational speed. be able to.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、着火性判定手段は、機関負荷が予め設定された判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the ignitability determining means may determine that the air-fuel mixture is not easily ignited when the engine load becomes equal to or higher than a predetermined determination load. it can.
本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関は、各気筒において、第1点火プラグから順次、点火されるものであり、さらに、第1点火プラグに流れる2次電流又は第1点火プラグに印加される2次電圧を検出する2次放電検出手段と、検出された2次電流又は2次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、を有し、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the internal combustion engine is ignited sequentially from the first spark plug in each cylinder, and further, the secondary current flowing through the first spark plug or the first spark plug is applied. Gas for determining whether or not the gas flow speed in the cylinder is equal to or higher than the determination flow speed based on the secondary discharge detection means for detecting the applied secondary voltage and the detected secondary current or secondary voltage. The ignitability determining means may determine that the air-fuel mixture is not easily ignited when it is determined that the gas flow rate is equal to or higher than the determined flow rate. .
本発明に係る内燃機関の制御装置において、ガス流動判定手段は、絶縁破壊電圧に達した後の2次電圧である放電維持電圧が予め設定された判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定するものとすることができる。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the gas flow determination means is configured to provide a gas flow rate when a discharge sustaining voltage that is a secondary voltage after reaching the breakdown voltage becomes equal to or higher than a predetermined determination voltage. Can be determined to be greater than or equal to the determined flow velocity.
本発明に係る内燃機関の制御装置により制御される内燃機関であって、気筒ごとに、第1及び第2点火プラグを備え、多重点火制御は、第1点火プラグを用いて点火を行うものであるものとすることができ、第1及び第2点火プラグにそれぞれ2次電圧を印加する第1及び第2点火コイルと、第1及び第2点火コイルにそれぞれ電気エネルギを供給可能な第1及び第2コンデンサと、第1コンデンサと第2コンデンサからそれぞれ第1点火コイルと第2点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第1接続状態と、第2コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第2接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け手段と、多重点火制御に切替えられた場合、第1コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け手段を第1接続状態から第2接続状態に切替えて、第2コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギを供給させる制御手段と、を有するものとすることができる。 An internal combustion engine controlled by the control device for an internal combustion engine according to the present invention, wherein each cylinder includes first and second spark plugs, and the multiple ignition control performs ignition using the first spark plug. The first and second ignition coils that apply the secondary voltage to the first and second spark plugs, respectively, and the first that can supply electrical energy to the first and second ignition coils, respectively. And a second capacitor, a first connection state enabling electric energy to be supplied from the first capacitor and the second capacitor to the first ignition coil and the second ignition coil, respectively, and electric energy from the second capacitor to the first ignition coil. When switching to the second connection state enabling supply, the energy distribution means capable of switching, and the multiple ignition control, electric energy is supplied from the first capacitor to the first ignition coil. Later, the energy distribution means is switched from the first connection state to the second connection state, it can be assumed to have a control means for supplying electrical energy from the second capacitor to the first ignition coil.
本発明に係る内燃機関において、第1点火プラグは、燃焼室の天井壁中央部に火花放電部が配設されている中央点火プラグであるものとすることができ、第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部に火花放電部が配設されているサイド点火プラグであるものとすることができる。 In the internal combustion engine according to the present invention, the first spark plug may be a central spark plug in which a spark discharge portion is disposed at the center of the ceiling wall of the combustion chamber, and the second spark plug is a combustion spark The spark plug may be a side spark plug in which a spark discharge portion is disposed at the peripheral edge of the ceiling wall of the chamber.
本発明によれば、気筒内におけるガス流動速度が遅いときや、ガス圧力が低い場合など、気筒内の混合気が着火しにくい状態ではない(着火性が高い)と判定された場合には、多点点火を行うことで、混合気を急速燃焼させて出力の向上を図ると共に、点火プラグの火花放電部の電極が消耗することを抑制することができる。一方、気筒内におけるガス流動速度が速いときや、ガス圧力が高いときなど、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多重点火を行うことで、混合気の着火を確実なものとすることができる。 According to the present invention, when it is determined that the air-fuel mixture in the cylinder is not difficult to ignite (high ignitability), such as when the gas flow rate in the cylinder is slow or when the gas pressure is low, By performing multi-point ignition, it is possible to improve the output by rapidly burning the air-fuel mixture and to suppress the consumption of the electrode of the spark discharge part of the spark plug. On the other hand, when it is determined that the air-fuel mixture is difficult to ignite, such as when the gas flow rate in the cylinder is high or the gas pressure is high, the ignition of the air-fuel mixture is performed by performing multiple ignition. It can be certain.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
まず、本実施例に係る内燃機関の概略構成について図1〜図2を用いて説明する。図1は、内燃機関の気筒周辺の概略構成を示す断面図である。図2は、第1点火プラグ及び第2点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドの天井壁を見た図である。なお、図1及び図2には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。 First, a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration around a cylinder of an internal combustion engine. FIG. 2 is a view showing the positional relationship between the first spark plug and the second spark plug and the intake / exhaust valves, and is a view of the ceiling wall of the cylinder head as viewed from the piston side. FIG. 1 and FIG. 2 schematically show only main parts related to the present invention.
本実施例に係る内燃機関は、燃料噴射弁が吸気通路内に燃料を噴射するガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグにより点火を行う火花点火機関である。本実施例において、内燃機関には、点火プラグに電気エネルギを供給する点火システムが含まれており、点火システムには、内燃機関の運転状態に応じて点火プラグの点火時期や放電時間を制御する制御手段として、電子制御装置(以下、単に「制御装置」と記す)が設けられている。以下、内燃機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。 The internal combustion engine according to this embodiment is a gasoline engine in which a fuel injection valve injects fuel into an intake passage, and is a spark ignition engine that ignites an air-fuel mixture formed in a cylinder with an ignition plug. In the present embodiment, the internal combustion engine includes an ignition system that supplies electric energy to the ignition plug, and the ignition system controls the ignition timing and discharge time of the ignition plug according to the operating state of the internal combustion engine. An electronic control device (hereinafter simply referred to as “control device”) is provided as the control means. Hereinafter, one cylinder among the plurality of cylinders of the internal combustion engine will be described.
図1に示すように、内燃機関10には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、シリンダブロック12と、シリンダヘッド20と、ピストン30と、図示しないコンロッド及びクランク軸が設けられている。シリンダブロック12には、シリンダボア14が形成されており、ピストン30は、シリンダボア14内を、その軸心(以下、ボア軸心と記し、一点鎖線Cで示す)に沿って往復運動する。
As shown in FIG. 1, the
ピストン30の往復運動は、回転運動に変換されて図示しないクランク軸から出力される。内燃機関10には、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出するクランク角センサ(図示せず)が設けられており、クランク角に係る信号を、制御装置に送出している。
The reciprocating motion of the
シリンダブロック12には、ピストン30に対向してシリンダボア14を塞ぐようにシリンダヘッド20が結合されている。シリンダヘッド20には、燃焼室40が形成されており、ボア軸心Cを挟んで、一方の側には、吸入空気を燃焼室40に導く吸気ポート24が形成されており、他方の側には、燃焼室40からの排気ガスを排出する排気ポート26が形成されている。
A
また、シリンダヘッド20には、吸気ポート24及び排気ポート26に対応して、それぞれ吸気弁25と排気弁27が設けられている。これら吸気弁25と排気弁27は、カムシャフトを介して、クランク軸からの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁25及び排気弁27は、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
The
吸気弁25を開くと、吸気ポート24と燃焼室40が連通し、図示しない吸気通路からの空気を、吸気ポート24から気筒内の燃焼室40に吸入することが可能となる。また、排気弁27を開くと、排気ポート26と燃焼室40が連通し、気筒内の燃焼室40にある排気ガスを、排気ポート26から図示しない排気通路に排出することが可能となる。
When the
これら吸気ポート24と排気ポート26は、図2に示すように、それぞれ2つ設けられており、ボア軸心Cを含み、且つクランク軸の軸方向(以下、単に「クランク軸方向」と記し、図に矢印Sで示す)に延びる仮想平面である気筒列平面(図中、一点鎖線Eで示す)を挟んで、互いに対向するよう配置されている。すなわち、内燃機関において、複数ある気筒はクランク軸方向に列をなしており、各気筒において、吸気ポート24と排気ポート26は、いわゆる「クロスフロー式」の配置となっている。
As shown in FIG. 2, each of the
なお、以下の説明において、ボア軸心Cを含む気筒列平面Eに対して吸気ポート24が設けられる側を、「吸気側」と記し、図に符号INで示す。一方、平面Eに対して排気ポート26が設けられる側を、「排気側」と記し、図に符号EXで示す。
In the following description, the side on which the
シリンダヘッド20には、燃焼室40の形状を規定する壁面である天井壁22が形成されている。天井壁22は、その周縁22eにおいてシリンダボア14の壁面であるシリンダ壁15に滑らかに連続するよう形成されている。シリンダヘッド20に形成された燃焼室40の天井壁22の中央部22a(以下、天井壁中央部と記す)には、中央点火プラグ50の火花放電部51が配設されている。なお、中央点火プラグの詳細については、点火システムと併せて後述する。
The
一方、シリンダヘッド20に形成された燃焼室40の天井壁周縁部22cのうち、吸気ポート24の外縁24e、排気ポート26の外縁26eと天井壁22の周縁22eに挟まれた部位には、サイド点火プラグの火花放電部55が配設されている。なお、サイド点火プラグの詳細については、点火システムと併せて後述する。
On the other hand, of the ceiling wall
なお、「天井壁中央部」22aとは、図2に示すように、燃焼室40の天井壁22のうちボア軸心Cが通る部位に加えて、吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eとの間に挟まれた部位を含んでいる。一方、「天井壁周縁部」22cとは、天井壁22の周縁22eに加え、天井壁22の周縁22eと、吸気ポート24の外縁24e又は排気ポート26の外縁26eとの間に挟まれた部位を含んでいる。
As shown in FIG. 2, the “ceiling wall central portion” 22 a means the
以上に説明した、シリンダブロック12のシリンダ壁15、シリンダヘッド20の天井壁22、及びピストン30の頂面32で囲まれた空間が、いわゆる「気筒」となる。本実施例において、気筒には、シリンダブロック12に形成されたシリンダボア14に加え、シリンダヘッド20に形成された燃焼室40が含まれている。
The space surrounded by the
なお、以下の説明において、ボア軸心Cに沿う方向のうち、ピストン30が天井壁22に向かう向きを「ヘッド側」記して図に矢印Uで示す。また、ボア軸心Cに沿う方向のうちヘッド側とは反対の向きを「クランク側」と記して図に矢印Dで示す。
In the following description, of the directions along the bore axis C, the direction in which the
また、ボア軸心Cに直交し、且つクランク軸方向Sに直交する方向、すなわちピストン30とシリンダ壁15との間でスラスト力及びスラスト反力が作用する方向を、以下の説明において、「スラスト方向」と記して、図に矢印Tで示す。なお、スラスト方向Tは、気筒列平面Eに直交する方向となっている。
The direction perpendicular to the bore axis C and perpendicular to the crankshaft direction S, that is, the direction in which the thrust force and the thrust reaction force act between the
次に、本実施例に係る内燃機関における点火システムの構成について、図1〜図6を用いて説明する。図3は、内燃機関の点火システムの構成を示す模式図である。図4−1は、点火コイルが点火プラグに印加する2次電圧と時間との関係を示す図である。図4−2は、点火プラグに流れる2次電流と時間との関係を示す図である。図5は、中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、通常時における電気火花(アーク)の態様を示す図である。図6は、中央点火プラグの火花放電部の拡大図であり、気筒内における混合気等のガス流動により電気火花(アーク)が流された態様を示す図である。 Next, the configuration of the ignition system in the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the ignition system of the internal combustion engine. FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between a secondary voltage applied by the ignition coil to the spark plug and time. FIG. 4B is a diagram illustrating a relationship between the secondary current flowing through the spark plug and time. FIG. 5 is an enlarged view of a spark discharge portion of the central spark plug, and is a diagram showing a state of electric spark (arc) in a normal state. FIG. 6 is an enlarged view of a spark discharge portion of the central spark plug, and shows a state in which an electric spark (arc) is caused to flow by gas flow such as air-fuel mixture in the cylinder.
内燃機関10の点火システム60には、気筒内に形成される混合気(燃料噴霧を含む)に点火する装置として、気筒ごとに2つの点火プラグを備えている。詳細には、図2に示すように、天井壁中央部22aに設けられている中央点火プラグ50と、天井壁周縁部22aに設けられているサイド点火プラグ(火花放電部55)を備えている。これら点火プラグは、図3に示すように、それぞれ対応して設けられた第1及び第2点火コイル61,62により2次電圧が印加されて、それぞれの火花放電部に点火火花(電気火花)を生じさせる。
The
中央点火プラグ50の火花放電部51は、図5に示すように、天井壁中央部22aから燃焼室40に突き出すよう配設されている。火花放電部51は、第1点火コイル61の2次コイル61c(図3参照)に接続されている中心電極51aと、シリンダヘッドに接地(アース)されている接地電極51cとを有している。火花放電部51は、図4−1に示すように、第1点火コイル61の2次コイル61cにより印加された2次電圧が、要求された絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vbに達すると、中心電極51aと接地電極51cとの間にある空隙、いわゆる点火ギャップに、電気火花を生じさせることとなる。
As shown in FIG. 5, the
一方、サイド点火プラグは、中央点火プラグ50と形状及び機能等、同様に構成されており、シリンダヘッド20の天井壁周縁部22cから燃焼室40に突き出すように火花放電部55が配設されている(図2を参照)。火花放電部55は、図4−1に示すように、第2点火コイルにより印加された2次電圧が、要求された絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vbに達すると、図示しない中心電極と接地電極との間に点火火花を生じさせることとなる。
On the other hand, the side spark plug has the same configuration and function as the
また、点火システム60には、図3に示すように、各点火プラグの火花放電部51,55に2次電圧(放電電圧)を供給するために、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグにそれぞれ対応して、第1点火コイル61と第2点火コイル62が設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
第1点火コイル61は、1次コイル61aと、2次コイル61c、及び鉄芯61bを有している。1次コイル61aの一端は、後述するエネルギ振り分け装置76に接続されており、他端は、第1トランジスタ65のコレクタに接続されている。一方、2次コイル61cの一端は、中央点火プラグ50の火花放電部51の中心電極51aに接続されており、他端は、後述する制御装置80に接続されている。第1点火コイル61の2次コイル61cに発生する2次電圧と、2次コイル61cから中央点火プラグ50の火花放電部51に流れる2次電流は、後述する制御装置80により検出可能となっている。
The
第2点火コイル62は、第1点火コイル61と同様に、1次コイル62aと、2次コイル62c、鉄芯62bとを有しており、1次コイル62aの一端は、エネルギ振り分け装置76に接続されており、他端は、第2トランジスタ66のコレクタに接続されている。一方、2次コイル62cの一端は、サイド点火プラグの火花放電部55の中心電極(図示せず)に接続されており、他端は、制御装置80に接続されている。第2点火コイル62の2次コイル62cに発生する2次電圧と、2次コイル62cからサイド点火プラグの火花放電部55に流れる2次電流は、後述する制御装置80により検出可能となっている。
Similar to the
また、点火システム60には、第1及び第2点火コイル61,62に1次電流を流すため、第1及び第2点火コイル61,62にそれぞれ対応して、1次電流の電気エネルギを蓄える第1及び第2コンデンサ67,68と、第1及び第2コンデンサ67,68をそれぞれ充電する第1及び第2エネルギ発生装置71,72と、第1及び第2点火コイル61,62の1次電流をそれぞれ断続する第1及び第2トランジスタ65,66が設けられている。
Further, since the primary current flows through the first and second ignition coils 61 and 62 in the
第1コンデンサ67は、一端が、後述するエネルギ振り分け装置76と、第1エネルギ発生装置71に接続されており、他端が接地(アース)されている。第2コンデンサ68は、第1コンデンサ67と同様に、一端が、エネルギ振り分け装置76と、第2エネルギ発生装置72に接続されており、他端が接地されている。
One end of the
第1エネルギ発生装置71は、電源を含んでおり、制御装置80により制御されて、対応する第1コンデンサ67に、電気エネルギを供給して所定の電荷を蓄える(充電)することが可能に構成されている。第2エネルギ発生装置72は、第1エネルギ発生装置71と同様に、対応する第2コンデンサ68に充電することが可能に構成されている。第1及び第2エネルギ発生装置によりそれぞれ第1及び第2コンデンサ67,68に蓄えられる電力量は、放電維持時間に応じて制御装置80により制御される。
The first
第1トランジスタ65は、第1点火コイル61の1次電流を断続する、いわゆる「パワートランジスタ」であり、コレクタが第1点火コイル61の1次コイル61aに接続されており、エミッタが接地されている。第1トランジスタ65のベースは、制御装置80に接続される。第1トランジスタ65は、制御装置80により制御されてベースからエミッタに信号電流が流れると、コレクタとエミッタの間がショート(ON)状態となり、第1点火コイル61の1次コイル61aに1次電流を流すことが可能となっている。
The
第2トランジスタ66は、第1トランジスタ65と同様に、コレクタが第2点火コイル62の1次コイル62aに接続されており、エミッタが接地されており、ベースが制御装置80に接続されている。第2トランジスタ66は、制御装置80により制御されて信号電流が流れると、第2点火コイル62の1次コイル62aに1次電流を流すことが可能となっている。
Similarly to the
また、点火システム60には、第1及び第2コンデンサ67,68の電気エネルギ(電流)を、第1及び第2点火コイル61,62に振り分けて流すエネルギ振り分け装置76が設けられている。エネルギ振り分け装置76は、切替えスイッチ等で構成されており、電流を断続する機能を有している。
The
エネルギ振り分け装置76は、第1点火コイル61の1次コイル61aと第1コンデンサ67とを接続状態にして通電可能にすると共に、第2点火コイル62の1次コイル62aと第2コンデンサ68とを接続状態にして通電可能にすることが可能に構成されている。すなわち、エネルギ振り分け装置76は、第1コンデンサ67に蓄えられた電気エネルギ(電荷)を、第1点火コイル61の1次コイル61aに1次電流として流すと共に、第2コンデンサ68に蓄えられた電気エネルギを、第2点火コイル62の1次コイル62aに1次電流として流すことが可能となっている。
The energy distribution device 76 connects the primary coil 61a of the
このように、エネルギ振り分け装置76において、第1点火コイル61と第1コンデンサ67を電気的に接続すると共に、第2点火コイル62と第2コンデンサ68を電気的に接続することで、第1点火コイル61が第1コンデンサ67から電気エネルギの供給を受けることが可能となると共に、第2点火コイル62が第2コンデンサ68から電気エネルギの供給を受けることが可能となる。この接続状態を、以下の説明において、エネルギ振り分け装置76の「第1接続状態」と記す。
In this way, in the energy distribution device 76, the
また、エネルギ振り分け装置76は、第1点火コイル61の1次コイル61aと第2コンデンサ68とを接続して通電可能な状態にすることも可能に構成されている。すなわち、エネルギ振り分け装置76は、第2コンデンサ68に蓄えられた電気エネルギを、第1点火コイル61の1次コイル61aに1次電流として流すことが可能となっている。
The energy distribution device 76 is also configured to be able to be energized by connecting the primary coil 61a of the
このように、エネルギ振り分け装置76において、第1点火コイル61と第2コンデンサ68を電気的に接続することで、第1点火コイル61が第2コンデンサ68からも電気エネルギの供給を受けることが可能となる。この接続状態を、以下の説明において、エネルギ振り分け装置76の「第2接続状態」と記す。
As described above, in the energy distribution device 76, the
エネルギ振り分け装置76は、第1コンデンサ67と第2コンデンサ68から、それぞれ第1点火コイル61と第2点火コイル62に電気エネルギを供給可能にする第1接続状態と、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に電気エネルギを供給可能にする第2接続状態と、を切替可能となっている。エネルギ振り分け装置76の第1接続状態と第2接続状態との切替えは、後述する制御装置80により制御される。
The energy distribution device 76 includes a first connection state that allows electric energy to be supplied from the
点火システム60には、内燃機関10の運転状態に応じて、第1及び第2エネルギ発生装置71,72、第1及び第2トランジスタ65,66、及びエネルギ振り分け装置76を制御する制御装置80を有している。
The
制御装置80は、内燃機関10に設けられた各種センサ又は他の制御装置から、クランク軸の回転速度(以下、機関回転速度と記す)に係る信号と、内燃機関がクランク軸から出力する機械的動力(以下、機関負荷と記す)に係る信号と、中央点火プラグ及びサイド点火プラグの放電時間に係る信号と、中央点火プラグ及びサイド点火プラグの点火時期に係る信号を受けている。
The control device 80 receives signals relating to the rotational speed of the crankshaft (hereinafter referred to as engine rotational speed) from various sensors or other control devices provided in the
これら信号に基づいて、制御装置80は、機関回転速度や機関負荷などの内燃機関10の運転状態を把握することが可能となっている。また、制御装置80は、上述の各種信号に応じて、第1及び第2エネルギ発生装置71,72を制御して、第1及び第2コンデンサ67,68に充電される電気エネルギ(電力量)を調整することが可能となっている。また、制御装置80は、第1及び第2トランジスタ65,66の通電と遮断を制御することで、それぞれ第1及び第2点火コイル61,62の1次コイル61a,62aに1次電流を流す期間、すなわち第1及び第2点火コイル61,62の2次コイル61c,62cに2次電圧が発生するタイミングと時間長さを調整することが可能となっている。
Based on these signals, the control device 80 can grasp the operating state of the
このように制御装置80は、第1及び第2エネルギ発生装置71,72と、第1及び第2トランジスタ65,66を制御することで、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグ(火花放電部55)の点火時期と放電時間とを制御することが可能となっている。これにより、点火システム60は、第1及び第2点火コイル61,62の2次コイル61c,62cに、数十kVの2次電圧を生じさせ、それぞれ中央点火プラグ50とサイド点火プラグに印加して、火花放電部51,55に火花放電を生じさせる。
As described above, the control device 80 controls the first and second
なお、本実施例において、制御装置80は、最初に中央点火プラグ50(第1点火プラグ)を点火させ、次に、サイド点火プラグ(火花放電部55のみ図示)を点火させるよう制御する。なお、制御装置80は、中央点火プラグ50とサイド点火プラグを同時に点火させることも可能となっている。
In the present embodiment, the control device 80 performs control so that the central spark plug 50 (first spark plug) is first ignited, and then the side spark plug (only the
また、制御装置80は、第1点火コイルの2次コイルと、第2点火コイルの2次コイルに接続されているため、第1点火コイル61の2次コイル61cが中央点火プラグ50に印加する2次電圧と、2次コイル61cから中央点火プラグ50に流れる2次電流を、検出することが可能となっている。加えて、制御装置80は、第2点火コイル62の2次コイル62cがサイド点火プラグに印加する2次電圧と、2次コイル62cからサイド点火プラグに流れる2次電流とを検出することもできる。つまり、制御装置80は、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)に印加される2次電圧、又は中央点火プラグ50に流れる2次電流を検出する機能(2次放電検出手段)を有している。
Further, since the control device 80 is connected to the secondary coil of the first ignition coil and the secondary coil of the second ignition coil, the
また、制御装置80は、エネルギ振り分け装置76の接続状態を、第1接続状態から第2接続状態に切替えるよう制御すると共に、第1トランジスタ65に信号電流を流すことで、第2コンデンサ68に蓄えられた電気エネルギを、第1点火コイル61の1次コイル61aに1次電流として流し、2次コイル61cに2次電圧を発生させて、中央点火プラグ50に印加することができる。つまり、制御装置80は、エネルギ振り分け装置76の接続状態を切替えて、サイド点火プラグに対応して設けられた第2コンデンサの電気エネルギを、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)の点火エネルギとして用いることが可能となっている。
Further, the control device 80 controls the connection state of the energy distribution device 76 to be switched from the first connection state to the second connection state, and allows a signal current to flow through the
また、制御装置80は、検出された2次電圧又は2次電流に基づいて、混合気等の、気筒内のガスの流動速度(以下、単に「ガス流動速度」と記す)が速いか否かを判定することが可能となっており、以下に、図3〜図6を用いて詳細を説明する。なお、中央点火プラグを例にして説明する。 Further, based on the detected secondary voltage or current, the control device 80 determines whether or not the gas flow rate in the cylinder, such as the air-fuel mixture (hereinafter simply referred to as “gas flow rate”), is high. The details will be described below with reference to FIGS. The description will be made by taking the central spark plug as an example.
制御装置80により第1トランジスタ65が制御されて、第1点火コイル61の1次コイル61aに流れる1次電流が遮断されると、図4−1に時点T0で示すように、中央点火プラグ50に2次電圧が印加され始める。中央点火プラグ50に加えられた2次電圧が、図4−1及び図4−2に時点T1で示すように、要求される絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vbに達すると、火花放電部51には、アーク放電が開始されて、中心電極51aから接地電極51cとの間には、図5に示すように、略直線状に延びる点火火花(電気火花、アーク)が生じる。これにより、図4−2に示すように、点火プラグ50の中心電極51aと接地電極51cとの間を2次電流が流れる。
When the
このように中心電極51aと接地電極51cとの間にひとたび電気火花が形成され、アーク放電が開始されると、電気火花の形状すなわち放電経路に沿って、混合気等、気筒内のガスを構成する分子がイオン化されて、中心電極51aと接地電極51cとの間における電気抵抗が小さくなる。これにより、時点T1以降に、中心電極51aと接地電極51cとの間に印加される放電維持電圧Vk(数百ボルト)は、絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vb(数十キロボルト)に比べて小さな値となる。なお、この放電維持電圧Vkにより行われるアーク放電を「誘導放電」と記して、「容量放電」と区別する。
Thus, once an electric spark is formed between the
このとき、機関回転速度が低い場合など、気筒内におけるガス流動速度が、それほど速くない、すなわち判定流動速度を下回るような状態においては、時点T1において生じた、略直線状をなす電気火花の形状は、そのまま、図4−1及び図4−2に時点T3で示すアーク放電終了まで維持されることとなる。以下の説明において、アーク放電の開始から終了まで、火花放電部に、略直線状の電気火花が維持される状態を、「通常時」と記す。 At this time, when the gas flow speed in the cylinder is not so high, that is, when the engine rotation speed is low, that is, lower than the determination flow speed, the shape of the electric spark that is formed in a substantially straight line at time T1. Is maintained as it is until the end of the arc discharge indicated by time T3 in FIGS. 4-1 and 4-2. In the following description, a state in which a substantially linear electric spark is maintained in the spark discharge portion from the start to the end of the arc discharge is referred to as “normal time”.
一方、機関回転速度が高い場合など、ガス流動速度が速い、すなわち判定流動速度以上である場合、図6に示すように、電気火花が、混合気等のガスの流動方向(図6に矢印Fで示す)に流されて、中心電極51aと接地電極51cとの間で、ガスの流動方向Fに凸となって湾曲してしまうことがある。
On the other hand, when the gas flow rate is fast, that is, when it is equal to or higher than the judgment flow rate, such as when the engine rotation speed is high, as shown in FIG. May be curved in a convex manner in the gas flow direction F between the
このように、電気火花が流されて、その形状が湾曲したものとなると、直線状に電気火花が形成されている場合に比べて、電気火花の経路が長くなり、中心電極51aと接地電極51cとの間における電気抵抗が増大することとなる。このため、気筒内におけるガス流動速度が増大するに従って、放電維持電圧Vkが上昇することとなる。すなわち、放電維持電圧Vkと、ガス流動速度は、略比例関係を有しており、放電維持電圧Vkから、気筒内の火花放電部におけるガス流動速度を推定することが可能となっている。
As described above, when the electric spark is flowed and the shape thereof is curved, the path of the electric spark becomes longer compared to the case where the electric spark is formed in a straight line, and the
このため、上述のように電気火花が流された場合においては、図4−1に破線で示すように、時点T1のアーク放電開始以降、すなわち電気火花の発生以降の放電維持電圧Vkfは、通常時の放電維持電圧Vknに比べて高くなると共に、放電終了のタイミング(時点T2)は、通常時の放電終了(時点T3)に比べて早期なものとなる。つまり、気筒内の混合気のガス流動速度は、放電維持電圧Vkに略比例することとなる。電気火花が流された時は、通常時に比べて、放電維持電圧が高くなると共に、電気火花の発生から放電終了までの時間(以下、放電維持時間と記す)が短くなる。 For this reason, when an electric spark is applied as described above, the discharge sustaining voltage Vkf after the start of the arc discharge at the time T1, that is, after the occurrence of the electric spark, is usually as shown by a broken line in FIG. As compared with the discharge sustaining voltage Vkn at the time, the discharge end timing (time T2) is earlier than the normal discharge end (time T3). That is, the gas flow rate of the air-fuel mixture in the cylinder is substantially proportional to the discharge sustaining voltage Vk. When an electric spark is applied, the discharge sustaining voltage is increased and the time from the generation of the electric spark to the end of the discharge (hereinafter referred to as the discharge sustaining time) is shortened as compared with the normal time.
このように、機関回転速度が高い場合など、気筒内における混合気等のガス流動速度が速い場合に、中央点火プラグを用いて、各気筒においてサイクルごとに一度点火を行うだけで、着火後の火炎伝播が十分に速くなる場合がある。このような場合に、サイクルごとに中央点火プラグとサイド点火プラグを用いて「多点点火」を行うと、ノッキング等が生じる虞がある。また、各点火プラグの火花放電部に生じた点火火花が、気筒内のガス流動により流されてしまい、電気火花が流されて要求される放電維持電圧が高くなる。要求される放電維持電圧が高くなると、各点火プラグの火花放電部51,55において電気火花を維持できなくなる虞がある。
Thus, when the gas flow rate of the air-fuel mixture or the like in the cylinder is high, such as when the engine speed is high, the center spark plug is used to perform ignition once for each cycle in each cylinder. Flame propagation may be fast enough. In such a case, if “multi-point ignition” is performed using the center spark plug and the side spark plug for each cycle, knocking or the like may occur. In addition, the spark spark generated in the spark discharge portion of each spark plug is caused to flow by the gas flow in the cylinder, and the electric spark is passed to increase the required discharge sustaining voltage. When the required discharge sustaining voltage becomes high, there is a possibility that the electric spark cannot be maintained in the
一方、各気筒において、サイクルごとに複数回、容量放電させて(容量放電電圧に達して)点火を行う多重点火を行う場合、特定の点火プラグの点火回数又は点火時間が増大するため、火花放電部を構成する中心電極と接地電極の消耗速度が速くなり、点火プラグの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。 On the other hand, when multiple ignition is performed in each cylinder by performing capacity discharge multiple times per cycle (reaching the capacity discharge voltage) and igniting, the number of ignition times or ignition time of a specific spark plug increases, so that There arises a problem that the wear rate of the center electrode and the ground electrode constituting the discharge part is increased, and the life of the spark plug is shortened.
そこで、本実施例に係る内燃機関の制御装置では、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定し、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、サイクルごとに中央点火プラグとサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を行い、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、中央点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて(容量放電電圧に昇圧させて)点火を行う多重点火制御を行うことを特徴としている。 Therefore, in the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, it is determined whether or not the air-fuel mixture in the cylinder is in a state that is difficult to ignite, and when it is determined that the air-fuel mixture is not in a state that is difficult to ignite, When multipoint ignition control is performed in which ignition is performed using the center spark plug and the side spark plug for each cycle, and it is determined that the air-fuel mixture is difficult to ignite, a plurality of cycles are performed for each cycle using the center spark plug. And multiple ignition control is performed in which ignition is performed by performing capacity discharge (boost to capacity discharge voltage) once.
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図3〜図9を用いて説明する。図7は、内燃機関の運転状態と判定回転速度との関係を説明する図である。図8は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される2次電圧のタイミングチャートである。図9は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される2次電圧のタイミングチャートである。 Ignition control executed by the control device for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the operating state of the internal combustion engine and the determined rotational speed. FIG. 8 is a timing chart of the secondary voltage applied to the central spark plug and the side spark plug when it is determined in the control device for the internal combustion engine that the air-fuel mixture is not difficult to ignite. FIG. 9 is a timing chart of the secondary voltage applied to the central spark plug and the side spark plug when it is determined in the internal combustion engine control device that the air-fuel mixture is difficult to ignite.
まず、制御装置80は、内燃機関の運転状態に係る制御変数である機関回転速度に基づいて、混合気が着火しにくいものであるか否かを判定する。具体的には、図7に示すように、制御装置80は、機関回転速度が、予め設定された判定回転速度Nd以上であるか否かを判定する。すなわち、制御装置80は、機関回転速度が、低回転速度域N1にあるか、高回転速度域N2にあるかを判定する。 First, the control device 80 determines whether or not the air-fuel mixture is difficult to ignite based on the engine speed that is a control variable related to the operating state of the internal combustion engine. Specifically, as shown in FIG. 7, the control device 80 determines whether or not the engine rotational speed is equal to or higher than a predetermined determination rotational speed Nd. That is, the control device 80 determines whether the engine rotational speed is in the low rotational speed range N1 or the high rotational speed range N2.
なお、判定回転速度Ndは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置80のROM(図示せず)に記憶されている。また、判定回転速度Ndは、内燃機関の運転状態に係る他の制御パラメータに応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。 The determination rotational speed Nd is obtained in advance by a matching experiment or the like, and is stored in a ROM (not shown) of the control device 80 as a control constant. The determination rotational speed Nd may be set as a control variable according to other control parameters related to the operating state of the internal combustion engine.
機関回転速度が判定回転速度Nd以上ではないと判定した場合、すなわち機関回転速度が低回転速度域N1にあると判定した場合、制御装置80は、気筒内の混合気の流動速度は小さく、各気筒の各サイクルにおいて、点火プラグで多重点火を行わなくとも、混合気が良好に着火する、すなわち混合気が着火しにくい状態ではないと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ50とサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで多重点火制御が行われていた場合、制御装置80は、多重点火制御から多点点火制御に切替える。 When it is determined that the engine rotation speed is not equal to or higher than the determination rotation speed Nd, that is, when it is determined that the engine rotation speed is in the low rotation speed range N1, the control device 80 has a small flow rate of the air-fuel mixture in the cylinder. In each cycle of the cylinder, even if multiple ignition is not performed with the spark plug, it is determined that the air-fuel mixture ignites satisfactorily, that is, the air-fuel mixture is not difficult to ignite. Select multi-point ignition control that ignites using a plug. If multiple ignition control has been performed until then, the control device 80 switches from multiple ignition control to multipoint ignition control.
多点点火制御を選択した場合、図3に示すように、制御装置80は、第1エネルギ発生装置71を制御して、中央点火プラグ50の放電時間に応じた電気エネルギを第1コンデンサ67に蓄えると共に、第2エネルギ発生装置72を制御して、サイド点火プラグの放電時間に応じた電気エネルギを第2コンデンサ68に蓄える。これと共に、制御装置80は、エネルギ振り分け装置76を、第1接続状態に制御して、第1コンデンサ67と第2コンデンサ68から、それぞれ第1点火コイル61と第2点火コイル62に電気エネルギを供給可能にする。
When the multipoint ignition control is selected, as shown in FIG. 3, the control device 80 controls the first
そして、制御装置80は、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの点火時期に応じて、それぞれ第1トランジスタ65と第2トランジスタ66に信号電流を流す。これにより、第1及び第2コンデンサ67,68に蓄えられていた電気エネルギは、それぞれ1次電流となって第1及び第2点火コイル61,62に流れる。
And the control apparatus 80 sends a signal current to the
第1点火コイルは、第1コンデンサ67の電気エネルギにより、図8に示すように、時点T0から2次電圧が発生して、これを中央点火プラグ50に印加する。中央点火プラグ50は、時点T1において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、火花放電部51に電気火花(放電火花)を生じさせる。同様に、第2点火コイル62は、第2コンデンサ68の電気エネルギにより、時点T2から2次電圧が生じて、これをサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグは、時点T3において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、火花放電部55に電気火花を生じさせる。
As shown in FIG. 8, the first ignition coil generates a secondary voltage from the time T <b> 0 by the electric energy of the
このようにして、内燃機関10は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播を、多重点火や一点点火を行う場合に比べて早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることで出力トルクを向上させることができる。
In this way, the
一方、機関回転速度が判定回転速度Nd以上であると判定した場合、すなわち機関回転速度が高回転速度域にあると判定した場合、制御装置80は、気筒内の混合気の流動速度が大きく、各気筒においてサイクルごとに、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグでそれぞれ1回ずつ点火を行ったのでは、混合気に良好に着火できない、すなわち混合気が着火しにくい状態であると判定して、中央点火プラグ50を用いて、サイクルごとに複数回、容量放電させて(容量放電電圧に昇圧させて)点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置80は、それまで行われていた多点点火制御から多重点火制御に切替える。
On the other hand, when it is determined that the engine rotation speed is equal to or higher than the determination rotation speed Nd, that is, when it is determined that the engine rotation speed is in the high rotation speed range, the controller 80 has a high flow rate of the air-fuel mixture in the cylinder, In each cylinder, it is determined that the air-fuel mixture cannot be ignited satisfactorily, that is, the air-fuel mixture is not easily ignited, by igniting the
多重点火制御を選択した場合、図3に示すように、制御装置80は、第1エネルギ発生装置71を制御して、中央点火プラグ50の1回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを、第1コンデンサ67に蓄えると共に、第2エネルギ発生装置72を制御して、中央点火プラグ50の2回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを第2コンデンサ68に蓄える。
When multiple ignition control is selected, as shown in FIG. 3, the control device 80 controls the first
その後、制御装置80は、中央点火プラグ50の点火時期に応じて、第1トランジスタ65に信号電流を流す。これにより、第1コンデンサ67に蓄えられていた電気エネルギは、第1点火コイル61における1回目の1次電流となって1次コイルに流れる。
Thereafter, the control device 80 causes a signal current to flow through the
第1点火コイル61は、第1コンデンサ67の電気エネルギにより、図9に示すように、時点T0から2次電圧が発生して、これを中央点火プラグ50に印加する。中央点火プラグ50は、時点T1において、1回目の絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、アーク放電が開始されて火花放電部51に電気火花を生じさせる。
As shown in FIG. 9, the
そして、制御装置80は、エネルギ振り分け装置76を第2接続状態に制御して、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に1次電流を供給可能にする。そして、制御装置80は、第1トランジスタ65に再び信号電流を流す。第2コンデンサ68に蓄えられていた電気エネルギは、第1点火コイル61における2回目の1次電流となって1次コイルに流れる。
Then, the control device 80 controls the energy distribution device 76 to the second connection state so that the primary current can be supplied from the
第1点火コイル61は、図9に示すように、時点T2の直後から再び2次電圧が上昇して、時点T3において、(容量放電電圧に達して)2回目の容量放電が開始し、時点T3以降においてもアーク放電が継続されて、時点T5まで火花放電部51の電気火花が継続される。
As shown in FIG. 9, the secondary ignition voltage of the
このようにして、内燃機関10は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ50に印加される2次電圧を、2度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ50の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ(時点T1〜時点T5)を、点火プラグを一度点火させる場合(時点T1〜時点T4)に比べて長いものにしている。これにより、内燃機関が高回転速度で作動している場合など、気筒内のガス流動速度が速く、火花放電部51において電気火花が流されてしまい、混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
In this manner, the
以上に説明したように、本実施例に係る内燃機関の制御装置80おいては、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ50とサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御と、中央点火プラグ50を用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を、切替可能な機能(点火制御切替手段)と、気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する機能(着火性判定手段)とを有し、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えるものとした。
As described above, in the control device 80 for the internal combustion engine according to the present embodiment, the multipoint ignition control in which ignition is performed using both the
気筒内の混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、制御装置80は、中央点火プラグ50を用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を行うことで、中央点火プラグ50に印加される2次電圧を、2度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ50の火花放電部において電気火花が生じる時間長さを、中央点火プラグ50で一度点火する場合に比べて長いものとすることができる。これにより、気筒内の混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
When it is determined that the air-fuel mixture in the cylinder is not easily ignited, the control device 80 uses the
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置80において、点火制御切替手段は、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えるものとしたので、気筒内のガス流動速度が遅い場合など、混合気の着火性が高い場合には、制御装置80は、中央点火プラグ50とサイド点火プラグの双方を用いる多点点火を行うことで、気筒内の混合気を急速燃焼させて、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。この場合、中央点火プラグ50を用いて多重点火を行う場合に比べて、中央点火プラグ50の電極が消耗することを抑制することができる。
Further, in the control device 80 for the internal combustion engine according to the present embodiment, the ignition control switching means switches from the multiple ignition control to the multipoint ignition control when it is determined that the air-fuel mixture is not difficult to ignite. Therefore, when the ignitability of the air-fuel mixture is high, such as when the gas flow rate in the cylinder is slow, the control device 80 performs multipoint ignition using both the
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置80においては、着火性判定手段は、機関回転速度が判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたので、機関回転速度に応じて気筒内のガス流動速度が速くなり、火花放電部に生じた電気火花が気筒内のガス流動により流されてしまうような場合において、多重点火を行うことができ、気筒内の混合気の着火をより確実なものとすることができる。 Further, in the control device 80 for an internal combustion engine according to the present embodiment, the ignitability determining means determines that the air-fuel mixture is not easily ignited when the engine rotation speed becomes equal to or higher than the determination rotation speed. Therefore, in the case where the gas flow rate in the cylinder is increased according to the engine speed and the electric spark generated in the spark discharge portion is caused to flow by the gas flow in the cylinder, multiple ignition can be performed. Thus, ignition of the air-fuel mixture in the cylinder can be made more reliable.
また、本実施例に係る内燃機関10は、上記の制御装置80により制御されるものであり、気筒ごとに、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグ(第1及び第2点火プラグ)を備え、多重点火制御は、第1点火プラグを用いて点火を行うものであり、さらに、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)及びサイド点火プラグ(第2点火プラグ)にそれぞれ2次電圧を印加する第1及び第2点火コイル61,62と、第1及び第2点火コイル61,62にそれぞれ電気エネルギを供給可能な第1及び第2コンデンサ67,68と、第1コンデンサ67と第2コンデンサ68からそれぞれ第1点火コイル61と第2点火コイル62に電気エネルギを供給可能にする第1接続状態と、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に電気エネルギを供給可能にする第2接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け装置76(エネルギ振り分け手段)と、多重点火制御に切替えられた場合、第1コンデンサ67から第1点火コイル61に電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け装置76を第1接続状態から第2接続状態に切替えて、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に電気エネルギを供給させる制御装置80(制御手段)を有するものとした。
The
これにより、内燃機関10は、各気筒に備えられた中央点火プラグ及びサイド点火プラグ(第1及び第2点火プラグ)に対応して設けられた第1及び第2点火コイル61,62と、点火コイル同数である2つのコンデンサを備えるだけで、第1点火プラグを用いて多重点火を行う際に、2つのコンデンサに蓄えられた電気エネルギを、それぞれ第1点火コイル61の1回目の1次電流及び2回目の1次電流として供給することが可能となる。気筒ごとに2つの点火プラグを備え、多点点火制御と多重点火制御とを切替可能な内燃機関を、気筒あたり2つのコンデンサを備えるだけで実現することができる。
As a result, the
また、本実施例に係る内燃機関10において、第1点火プラグは、燃焼室40の天井壁中央部22aに火花放電部51が配設されている中央点火プラグ50であり、第2点火プラグは、燃焼室40の天井壁周縁部22cに火花放電部55が配設されているサイド点火プラグであるものとした。多重点火制御を行う場合に、天井壁中央部に配設された中央点火プラグを用いて多重点火を行うため、多重点火により着火した後の混合気の火炎伝播を、サイド点火プラグを用いて多重点火を行う場合に比べて早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることができる。
Further, in the
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図3〜図6及び図8〜図10を用いて説明する。図10は、実施例2に係る内燃機関の運転状態と判定負荷との関係を説明する図である。本実施例に係る点火制御は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくいものと判定する点で、実施例1の点火制御と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例1と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。 Ignition control executed by the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6 and FIGS. 8 to 10. FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the operating state of the internal combustion engine and the determination load according to the second embodiment. The ignition control according to the present embodiment differs from the ignition control according to the first embodiment in that it is determined that the air-fuel mixture is difficult to ignite when the engine load becomes equal to or higher than the determination load. In addition, about the structure substantially common with Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
まず、制御装置80Bは、内燃機関の運転状態に係る制御変数である機関負荷に基づいて、混合気が着火しにくいものであるか否かを判定する。具体的には、図10に示すように、制御装置80Bは、機関負荷が、予め設定された判定負荷Ld以上であるか否かを判定する。すなわち、制御装置80Bは、機関負荷が、低負荷域L1にあるか、高負荷域L2にあるかを判定する。 First, the control device 80B determines whether or not the air-fuel mixture is difficult to ignite based on the engine load that is a control variable related to the operating state of the internal combustion engine. Specifically, as shown in FIG. 10, control device 80B determines whether or not the engine load is greater than or equal to a predetermined determination load Ld. That is, the control device 80B determines whether the engine load is in the low load range L1 or the high load range L2.
なお、判定負荷Ldは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置80BのROM(図示せず)に記憶されている。また、判定負荷Ldは、内燃機関の運転状態に係る他の制御パラメータ応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。 Note that the determination load Ld is obtained in advance by a matching experiment or the like, and is stored as a control constant in a ROM (not shown) of the control device 80B. The determination load Ld may be set as a control variable in accordance with other control parameters related to the operating state of the internal combustion engine.
図10に領域B1,B3で示すように、機関負荷が判定負荷Ld以上ではないと判定した場合、すなわち機関負荷が低負荷域L1にあると判定した場合には、制御装置80Bは、気筒内における混合気等のガス圧力は低く、各気筒の各サイクルにおいて、点火プラグで多重点火を行わなくとも、混合気が良好に着火する即ち混合気が着火しにくい状態ではないと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ50とサイド点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで多重点火制御が行われていた場合、制御装置80Bは、多重点火制御から多点点火制御に切替える。
As shown by regions B1 and B3 in FIG. 10, when it is determined that the engine load is not equal to or higher than the determination load Ld, that is, when it is determined that the engine load is in the low load region L1, the control device 80B The gas pressure of the air-fuel mixture in the cylinder is low, and in each cycle of each cylinder, it is determined that the air-fuel mixture ignites satisfactorily, that is, the air-fuel mixture is not difficult to ignite without performing multiple ignition with the spark plug. Multi-point ignition control that performs ignition using the
多点点火制御を選択した場合、図3に示すように、制御装置80Bは、第1エネルギ発生装置71を制御して、中央点火プラグ50の放電時間に応じた電気エネルギを第1コンデンサ67に蓄えると共に、第2エネルギ発生装置72を制御して、サイド点火プラグの放電時間に応じた電気エネルギを第2コンデンサ68に蓄える。これと共に、制御装置80Bは、エネルギ振り分け装置76を、第1接続状態に制御して、第1コンデンサ67と第2コンデンサ68から、それぞれ第1点火コイル61と第2点火コイル62に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置80Bは、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの点火時期に応じて、それぞれ第1トランジスタ65と第2トランジスタ66に信号電流を流す。これにより、第1及び第2コンデンサ67,68に蓄えられていた電気エネルギは、1次電流となって、それぞれ第1及び第2点火コイル61,62に流れる。
When the multipoint ignition control is selected, as shown in FIG. 3, the control device 80 </ b> B controls the first
第1点火コイル61は、第1コンデンサ67の電気エネルギにより、図8に示すように、時点T0から2次電圧が発生して、これを中央点火プラグ50に印加する。中央点火プラグ50は、時点T1において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、火花放電部51に電気火花(放電火花)を生じさせる。同様に、第2点火コイル62は、第2コンデンサ68の電気エネルギにより時点T2から2次電圧が生じて、これをサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグは、時点T3において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、火花放電部55に電気火花を生じさせる。このようにして、内燃機関は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播をより早期に完了させて、混合気を急速燃焼させることで出力トルクを向上させることができる。
As shown in FIG. 8, the
一方、図10に領域B2,B4で示すように、機関負荷が判定負荷Ld以上であると判定した場合、すなわち機関負荷が高負荷域L2にあると判定した場合には、制御装置80Bは、気筒内における混合気等のガス圧力が高く、サイクルごとに中央点火プラグ50及びサイド点火プラグでそれぞれ1回ずつ点火を行ったのでは混合気に良好に着火できない、すなわち混合気が着火しにくい状態であると判定して、中央点火プラグ50を用いて、サイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置80Bは、それまで行われていた多点点火制御から多重点火制御に切替える。
On the other hand, as shown by regions B2 and B4 in FIG. 10, when it is determined that the engine load is equal to or higher than the determination load Ld, that is, when it is determined that the engine load is in the high load region L2, the control device 80B The gas pressure of the air-fuel mixture in the cylinder is high, and the air-fuel mixture cannot be ignited well if it is ignited once by the
多重点火制御を選択した場合、図3に示すように、制御装置80Bは、第1エネルギ発生装置71を制御して、中央点火プラグ50の1回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを、第1コンデンサ67に蓄えると共に、第2エネルギ発生装置72を制御して、中央点火プラグ50の2回目の点火の放電時間に応じた電気エネルギを第2コンデンサ68に蓄える。その後、制御装置80Bは、中央点火プラグ50の点火時期に応じて、第1トランジスタ65に信号電流を流す。これにより、第1コンデンサ67に蓄えられていた電気エネルギは、第1点火コイル61における1回目の1次電流となって1次コイルに流れる。
When multiple ignition control is selected, as shown in FIG. 3, the control device 80B controls the first
第1点火コイル61は、第1コンデンサ67の電気エネルギにより、図9に示すように、時点T0から2次電圧が発生して、これを中央点火プラグ50に印加する。中央点火プラグ50は、時点T1において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)に達し、アーク放電が開始されての火花放電部51に電気火花を生じさせる。
As shown in FIG. 9, the
そして、制御装置80Bは、エネルギ振り分け装置76を、第2接続状態に制御して、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置80Bは、第1トランジスタ65に再び信号電流を流す。第2コンデンサ68に蓄えられていた電気エネルギは、第1点火コイル61における2回目の1次電流となって1次コイルに流れる。
Then, the control device 80B controls the energy distribution device 76 to the second connection state so that electric energy can be supplied from the
第1点火コイル61は、図9に示すように、時点T2の直後から再び2次電圧が上昇して、時点T3において2回目の容量放電が開始される。時点T3以降、アーク放電が継続されて、時点T5まで火花放電部51の電気火花が継続される。
As shown in FIG. 9, in the
このようにして、内燃機関は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ50に印加される2次電圧を、2度、容量放電電圧まで昇圧する共に、中央点火プラグ50の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ(時点T1〜時点T5)を、中央点火プラグ50を一度点火させる場合(時点T1〜時点T4)に比べて長いものにしている。これにより、内燃機関が高負荷域で作動している場合など、気筒内のガス圧力が高く、混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
In this way, the internal combustion engine boosts the secondary voltage applied to the
以上に説明したように、本実施例に係る内燃機関の制御装置80Bにおいては、着火性判定手段は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたので、機関負荷に応じて気筒内のガス圧力が高くなり、混合気が着火しにくい状態にあっても、多重点火を行うことで、気筒内の混合気の着火をより確実なものとすることができる。 As described above, in the control device 80B for the internal combustion engine according to the present embodiment, the ignitability determining means determines that the air-fuel mixture is not easily ignited when the engine load becomes equal to or higher than the determination load. Therefore, even if the gas pressure in the cylinder increases according to the engine load and the mixture is difficult to ignite, multiple ignition is performed to ensure ignition of the mixture in the cylinder. Can be.
なお、本実施例に係る内燃機関の制御装置80Bにおいて、着火性判定手段は、機関負荷が判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとしたが、混合気の着火性の判定は、これ限定されるものではない。例えば、着火性判定手段は、図10に領域B4で示すように、機関回転速度が判定回転速度Nd以上であり、且つ機関負荷が判定負荷Ld以上となった場合に、混合気が着火しにくいものと判定して、点火制御切替手段が、多点点火制御から多重点火制御に切替えても良い。 In the internal combustion engine control apparatus 80B according to the present embodiment, the ignitability determining means determines that the air-fuel mixture is not easily ignited when the engine load becomes equal to or higher than the determination load. The determination of the ignitability of the air-fuel mixture is not limited to this. For example, the ignitability determining means, as shown by a region B4 in FIG. 10, is difficult to ignite the air-fuel mixture when the engine speed is equal to or higher than the determined speed Nd and the engine load is equal to or higher than the determined load Ld. It may be determined that the ignition control switching means switches from the multipoint ignition control to the multiple ignition control.
また、着火性判定手段は、図10に領域B2,B3,B4で示すように、機関回転速度が判定回転速度Nd以上となっている場合と、機関負荷が判定負荷Ld以上となっている場合との、いずれかの条件を満たしている場合に、混合気が着火しにくいものと判定して、多点点火制御から多重点火制御に切替えることも好適である。 In addition, the ignitability determining means, as shown by regions B2, B3, B4 in FIG. 10, when the engine rotational speed is equal to or higher than the determined rotational speed Nd and when the engine load is equal to or higher than the determined load Ld It is also preferable to switch from the multipoint ignition control to the multiple ignition control by determining that the air-fuel mixture is difficult to ignite when one of the conditions is satisfied.
なお、上述した実施例1,2において、多点点火を行う場合には、中央点火プラグ50の点火を行い、その後、サイド点火プラグの点火を行うものとしたが、中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの点火順序は、これに限定されるものではない。例えば、多点点火を行う場合には、中央点火プラグ50とサイド点火プラグを同時に点火することも好適である。これにより、多点点火を行ったときに、気筒内の混合気をより急速に燃焼させることができる。
In the first and second embodiments, when multipoint ignition is performed, the
本実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する点火制御について、図3〜図6及び図11及び図12を用いて説明する。図11は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される2次電圧のタイミングチャートである。図12は、内燃機関の制御装置において、混合気が着火しにくい状態であると判定された場合の、中央点火プラグ及びサイド点火プラグに印加される2次電圧のタイミングチャートである。 The ignition control executed by the control device for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6, 11, and 12. FIG. 11 is a timing chart of the secondary voltage applied to the central spark plug and the side spark plug when it is determined that the air-fuel mixture is not difficult to ignite in the control device for the internal combustion engine. FIG. 12 is a timing chart of the secondary voltage applied to the central spark plug and the side spark plug when it is determined in the internal combustion engine control device that the air-fuel mixture is difficult to ignite.
本実施例において、内燃機関は、各気筒において、中央点火プラグ(第1点火プラグ)から順次点火されるものであり、制御装置は、中央点火プラグに流れる2次電流又は中央点火プラグに印加される2次電圧を検出する2次放電検出手段と、検出された2次電流又は2次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、を有しており、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定する点で、実施例1の制御装置と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例1と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。 In this embodiment, the internal combustion engine is ignited sequentially from the central spark plug (first spark plug) in each cylinder, and the control device is applied to the secondary current flowing through the central spark plug or the central spark plug. Gas discharge determination means for determining whether or not the gas flow speed in the cylinder is equal to or higher than the determination flow speed based on the detected secondary current or the secondary voltage. And the ignitability determining means determines that the air-fuel mixture is not easily ignited when it is determined that the gas flow rate is equal to or higher than the determined flow rate. In the following, the details will be described. In addition, about the structure substantially common with Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
まず、制御装置80Cは、内燃機関10の運転状態に応じて、中央点火プラグ50の点火時期と、放電維持時間を決定し、中央点火プラグ50を点火させる。詳細には、図3に示すように、制御装置80Cは、第1エネルギ発生装置71を制御して、放電維持時間に応じた電気エネルギを第1コンデンサ67に充電すると共に、エネルギ振り分け装置76を、第1状態に制御する。そして制御装置80Cは、点火時期に応じて、第1トランジスタ65のベースに信号電流を流して所定時間経過後に遮断する。このようにして、制御装置80Cは、第1点火コイル61の1次コイル61aに所定の期間、1次電流を流すことで、2次コイル61cに2次電圧を生じさせる。
First, the control device 80C determines the ignition timing of the
すると、図11に時点T0で示すように、発生した2次電圧は、中央点火プラグ50に印加開始され、上昇していく。中央点火プラグ50の2次電圧が、要求された絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vbに達すると(時点T1)、火花放電部51の中心電極51aと接地電極51cの間に、略直線状の電気火花が生じて、気筒内の混合気の着火が開始される(図5参照)。図11に示すように時点T1で電気火花が生じると、中心電極51aと接地電極51cとの間の電気抵抗が減少して、2次電圧が容量放電電圧Vbから放電維持電圧Vkに急激に低下する。
Then, as shown at time T0 in FIG. 11, the generated secondary voltage starts to be applied to the
そして、制御装置80Cは、中央点火プラグ50に印加される2次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定する。具体的には、制御装置80Cは、絶縁破壊電圧Vbに達した直後(時点T1直後)の2次電圧である放電維持電圧Vkが、予め設定された判定電圧Vd以上であるか否かを判定する。
Then, control device 80C determines whether or not the gas flow rate in the cylinder is equal to or higher than the determination flow rate based on the secondary voltage applied to
なお、判定電圧Vdは、直線状の電気火花の形状が維持されている場合の放電維持電圧Vkn(図4−1参照)よりも高い値に設定されている。判定電圧Vdは、予め適合実験等により求められており、制御定数として制御装置80Cに記憶されている。また、判定電圧Vdは、気筒内におけるガス流動速度が速いか否かを判定する判定流動速度に応じて、制御変数として設定されるものとしても良い。 The determination voltage Vd is set to a value higher than the sustaining voltage Vkn (see FIG. 4A) when the shape of the linear electric spark is maintained. The determination voltage Vd is obtained in advance by a matching experiment or the like and is stored in the control device 80C as a control constant. Further, the determination voltage Vd may be set as a control variable in accordance with a determination flow speed for determining whether or not the gas flow speed in the cylinder is high.
図11に示すように絶縁破壊(時点T1)直後の放電維持電圧が判定電圧Vdを下回っており、放電維持電圧が判定電圧Vd以上ではないと判定された場合、制御装置80Cは、中央点火プラグ50の火花放電部51において電気火花が流されておらず、気筒内におけるガス流動速度がさほど速くないものと判定して、サイクルごとに中央点火プラグ50とサイド点火プラグとを用いて点火を行う多点点火制御を選択する。それまで、多重点火制御が行われていた場合、制御装置80Cは、多重点火制御から多点点火制御に切替える。
As shown in FIG. 11, when the discharge sustaining voltage immediately after dielectric breakdown (time T1) is lower than the determination voltage Vd and it is determined that the discharge sustaining voltage is not equal to or higher than the determination voltage Vd, the control device 80C It is determined that no electric spark is flowing in the 50
多点点火制御を選択した場合、制御装置80Cは、図3に示すように、エネルギ振り分け装置76を、第1接続状態に制御して、第2コンデンサ68から、第2点火コイル62に電気エネルギを供給可能にする。制御装置80Cは、第2トランジスタ66を制御して、第2コンデンサ68の電気エネルギを、所定の時間、第2点火コイル62の1次コイル62aに1次電流として流し、2次コイル62cに2次電圧を発生させて、これを時点T2からサイド点火プラグに印加する。サイド点火プラグに印加された2次電圧は、時点T3において絶縁破壊電圧(容量放電電圧)Vbに達して、火花放電部55に電気火花を生じさせる。
When the multipoint ignition control is selected, the control device 80C controls the energy distribution device 76 to the first connection state as shown in FIG. 3, and the electric energy is supplied from the
このようにして、内燃機関は、各気筒において、サイクルごとに中央点火プラグ50及びサイド点火プラグの双方を用いて点火を行う多点点火制御を行うことで、着火後の混合気の火炎伝播を早期に完了させて混合気を急速燃焼させることで、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。
In this way, the internal combustion engine performs multi-point ignition control in which each cylinder performs ignition using both the
一方、図12に示すように、絶縁破壊(時点T1)直後の放電維持電圧Vkが判定電圧Vdを上回っており、放電維持電圧Vkが判定電圧Vd以上であると判定された場合、制御装置80Cは、図6に示すように、中央点火プラグ50の火花放電部51において電気火花が流されており、気筒内におけるガス流動速度が速いものと判定して、中央点火プラグ50を用いてサイクルごとに複数回、容量放電電圧に昇圧して(容量放電させて)点火を行う多重点火制御を選択する。制御装置80Cは、それまで行われていた多重点火制御から多点点火制御に切替える。
On the other hand, as shown in FIG. 12, when sustaining voltage Vk immediately after dielectric breakdown (time point T1) exceeds determination voltage Vd and it is determined that sustaining voltage Vk is equal to or higher than determination voltage Vd, control device 80C As shown in FIG. 6, it is determined that an electric spark is flowing in the
多重点火制御を選択した場合、制御装置80Cは、図3に示すように、エネルギ振り分け装置76を、第2接続状態に制御して、第2コンデンサ68から第1点火コイル61に電気エネルギを供給可能にする。そして、制御装置80Cは、第1トランジスタ65に再び信号電流を流す。第2コンデンサ68に蓄えられていた電気エネルギは、第1点火コイル61における2回目の1次電流となって1次コイルに流れる。第1点火コイル61は、図12に示すように、時点T2の直後から再び2次電圧が上昇して、時点T3において、2回目の容量放電が開始し、時点T3以降においてもアーク放電が継続されて、時点T5まで火花放電部51の電気火花が継続される。
When the multiple ignition control is selected, the control device 80C controls the energy distribution device 76 to the second connection state as shown in FIG. 3 so that electric energy is supplied from the
このようにして、内燃機関10は、多重点火を行うことで、中央点火プラグ50に印加される2次電圧を、2度、容量放電を発生させると共に、中央点火プラグ50の火花放電部において電気火花が生じる時間長さ(時点T1〜時点T5)を、中央点火プラグ50を一度点火させる場合(時点T1〜T4)に比べて長いものにしている。これにより、各サイクルにおいて気筒内のガス流動速度が速く、図6に示すように火花放電部51において電気火花が流されてしまい混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。混合気の燃焼過程における燃焼状態の変化に即応して、当該燃焼過程の間に多点点火と多重点火を切り替えることができる。
In this manner, the
以上に説明したように本実施例において、内燃機関10は、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)から順次、点火されるものであり、制御装置80Cは、中央点火プラグ50に流れる2次電流又は中央点火プラグに印加される2次電圧を検出する機能(2次放電検出手段)と、検出された2次電流又は2次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が速いか否か、すなわち判定流動速度以上であるか否かを判定する機能(ガス流動判定手段)を備え、着火性判定手段は、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定するものとした。
As described above, in the present embodiment, the
ガス流動速度が遅く、混合気の着火性が高い場合には、制御装置80Cは、中央点火プラグ50とサイド点火プラグの双方を用いる多点点火制御を行うことで、気筒内の混合気を急速燃焼させて、内燃機関の出力トルクを向上させることができる。中央点火プラグ50で多重点火を行う場合に比べて、中央点火プラグ50の電極が消耗することを抑制することができる。一方、ガス流動速度が速く、混合気が着火しにくい状態にある場合には、制御装置80Cは、中央点火プラグ50を用いてサイクルごとに複数回、容量放電電圧Vbに達して(容量放電させて)点火を行う多重点火制御を行うことで、中央点火プラグ50に印加される2次電圧を、2度、容量放電電圧Vbまで昇圧すると共に、中央点火プラグ50の火花放電部51において電気火花が生じる時間長さを、中央点火プラグ50で一度点火する場合に比べて長いものとすることができる。これにより、気筒内の混合気が着火しにくい状態においても、混合気の着火をより確実なものとすることができる。
When the gas flow rate is slow and the ignitability of the air-fuel mixture is high, the control device 80C performs the multi-point ignition control using both the
また、本実施例に係る内燃機関の制御装置80Cにおいては、ガス流動判定手段は、絶縁破壊電圧に達した後の2次電圧である放電維持電圧が判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定するものとしたので、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)に印加された2次電圧が絶縁破壊電圧Vbに達した直後の時点で、ガス流動速度が速いか否かを判定することができる。多点点火制御と多重点火制御の切替えを、中央点火プラグ50(第1点火プラグ)の絶縁破壊直後という早い時点で判断することができる。 Further, in the control device 80C for the internal combustion engine according to the present embodiment, the gas flow determination means is configured to perform the gas flow when the discharge sustaining voltage, which is the secondary voltage after reaching the breakdown voltage, becomes equal to or higher than the determination voltage. Since the speed is determined to be equal to or higher than the determined flow speed, the gas flow speed is immediately after the secondary voltage applied to the central spark plug 50 (first spark plug) reaches the dielectric breakdown voltage Vb. Whether it is fast or not can be determined. Switching between multipoint ignition control and multiple ignition control can be determined at an early point in time immediately after the insulation breakdown of the central spark plug 50 (first spark plug).
なお、本実施例において、放電維持電圧Vkが、判定電圧Vd以上となるか否かで、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するものとしたが、ガス流動速度が速いか否かを判定する閾値の設定手法は、これに限定されるものではない。例えば、図4−2に示すように、2次電流の発生から所定時間経過後において、2次電流がゼロであるか否か、即ち火花放電が終了しているか否かで判定することもできる。ガス流動により電気火花が流されたときは、電気火花が流されない通常時に比べて早期に放電が終了(図4−2、時点T2参照)することを利用して、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否か、すなわち速いか否かを判定することもできる。 In this embodiment, whether or not the gas flow rate in the cylinder is equal to or higher than the determination flow rate is determined based on whether or not the discharge sustain voltage Vk is equal to or higher than the determination voltage Vd. The threshold setting method for determining whether or not the speed is high is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4B, it is possible to determine whether or not the secondary current is zero, that is, whether or not the spark discharge has ended after a predetermined time has elapsed since the generation of the secondary current. . When the electric spark is caused to flow by the gas flow, the gas flow velocity in the cylinder is increased by utilizing the fact that the discharge ends earlier (refer to FIG. 4-2, time point T2) than the normal time when the electric spark is not flown. It can also be determined whether or not it is equal to or higher than the determination flow speed.
なお、上述した各実施例において、サイド点火プラグ(火花放電部55)は、天井壁周縁部22cのうち、吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eとの間に配設されるものとしたが、サイド点火プラグの配置は、これに限定されるものではない。シリンダヘッド20の燃焼室40の天井壁周縁部22cに、火花放電部55が配設されれば良く、例えば、天井壁周縁部22cのうち、隣り合う2つの吸気ポート24の外縁24eの間に、サイド点火プラグの火花放電部55を配設することも好適である。
In each of the above-described embodiments, the side spark plug (spark discharge portion 55) is disposed between the
また、上述した各実施例において、天井壁周縁部22cにサイド点火プラグ(火花放電部55)を1箇所設けるものとしたが、サイド点火プラグの配設個数は、これに限定されるものではない。サイド点火プラグは、火花放電部55が天井壁周縁部22cに配設されれば良く、例えば、天井壁周縁部22cのうち、中央点火プラグ50の火花放電部51を中心としてクランク軸方向Sの両側に、2つのサイド点火プラグの火花放電部55を配設することも好適である。
Further, in each of the above-described embodiments, one side spark plug (spark discharge portion 55) is provided at the ceiling wall
以上のように、本発明は、気筒ごとに複数の点火プラグを備える内燃機関に有用であり、特に、過給機を備える内燃機関や、気筒内において希薄混合気を燃焼させる内燃機関に適している。 As described above, the present invention is useful for an internal combustion engine including a plurality of spark plugs for each cylinder, and particularly suitable for an internal combustion engine including a supercharger and an internal combustion engine that burns a lean air-fuel mixture in the cylinder. Yes.
10 内燃機関
12 シリンダブロック
15 シリンダ壁
20 シリンダヘッド
22 燃焼室の天井壁
22a 天井壁中央部
22c 天井壁周縁部
24 吸気ポート
25 吸気弁
26 排気ポート
27 排気弁
30 ピストン
32 頂面
40 燃焼室
50 中央点火プラグ(第1点火プラグ)
51 中央点火プラグの火花放電部
51a 中心電極
51c 接地電極
55 サイド点火プラグの火花放電部
60 内燃機関の点火システム
61 第1点火コイル
62 第2点火コイル
65 第1トランジスタ
66 第2トランジスタ
67 第1コンデンサ
68 第2コンデンサ
71 第1エネルギ発生装置
72 第2エネルギ発生装置
76 エネルギ振り分け装置(エネルギ振り分け手段)
80 内燃機関の制御装置(点火制御切替手段、着火性判定手段、2次放電検出手段、ガス流動判定手段、制御手段)
Vb 容量放電電圧(2次電圧、絶縁破壊電圧)
Vk 放電維持電圧(2次電圧)
C シリンダボア軸心
S クランク軸方向
T スラスト方向
IN 吸気側
EX 排気側
DESCRIPTION OF
51 Spark discharge part of
80 Control device for internal combustion engine (ignition control switching means, ignitability determination means, secondary discharge detection means, gas flow determination means, control means)
Vb Capacity discharge voltage (secondary voltage, breakdown voltage)
Vk discharge sustaining voltage (secondary voltage)
C Cylinder bore shaft center S Crankshaft direction T Thrust direction IN Intake side EX Exhaust side
Claims (8)
サイクルごとに複数の点火プラグを用いて点火を行う多点点火制御と、1つの点火プラグを用いてサイクルごとに複数回、容量放電させて点火を行う多重点火制御と、を切替可能な点火制御切替手段と、
気筒内の混合気が着火しにくい状態であるか否かを判定する着火性判定手段と、
を有し、
点火制御切替手段は、
混合気が着火しにくい状態であると判定された場合には、多点点火制御から多重点火制御に切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine including a plurality of spark plugs for each cylinder,
Ignition capable of switching between multi-point ignition control in which ignition is performed using a plurality of spark plugs per cycle and multiple ignition control in which ignition is performed by capacity discharge multiple times per cycle using one spark plug Control switching means;
Ignitability determination means for determining whether or not the air-fuel mixture in the cylinder is in a state where it is difficult to ignite,
Have
The ignition control switching means is
A control device for an internal combustion engine, characterized in that, when it is determined that the air-fuel mixture is not easily ignited, the multi-point ignition control is switched to the multi-ignition control.
点火制御切替手段は、
混合気が着火しにくい状態ではないと判定された場合には、多重点火制御から多点点火制御に切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The ignition control switching means is
A control device for an internal combustion engine, characterized in that, when it is determined that the air-fuel mixture is not difficult to ignite, the multi-ignition control is switched to the multi-point ignition control.
着火性判定手段は、
機関回転速度が予め設定された判定回転速度以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The ignitability determination means is
A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that when the engine rotation speed is equal to or higher than a predetermined determination rotation speed, the air-fuel mixture is determined to be difficult to ignite.
着火性判定手段は、
機関負荷が予め設定された判定負荷以上となった場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The ignitability determination means is
A control device for an internal combustion engine, wherein when the engine load becomes equal to or greater than a predetermined determination load, it is determined that the air-fuel mixture is not easily ignited.
内燃機関は、各気筒において、第1点火プラグから順次、点火されるものであり、
さらに、
第1点火プラグに流れる2次電流又は第1点火プラグに印加される2次電圧を検出する2次放電検出手段と、
検出された2次電流又は2次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が判定流動速度以上であるか否かを判定するガス流動判定手段と、
を有し、
着火性判定手段は、
ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定された場合に、混合気が着火しにくい状態であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The internal combustion engine is ignited sequentially from the first spark plug in each cylinder.
further,
Secondary discharge detection means for detecting a secondary current flowing through the first spark plug or a secondary voltage applied to the first spark plug;
Gas flow determination means for determining whether or not the gas flow speed in the cylinder is equal to or higher than the determination flow speed based on the detected secondary current or secondary voltage;
Have
The ignitability determination means is
A control device for an internal combustion engine, wherein when it is determined that the gas flow speed is equal to or higher than the determination flow speed, the air-fuel mixture is determined to be in a state that is difficult to ignite.
ガス流動判定手段は、
絶縁破壊電圧に達した後の2次電圧である放電維持電圧が予め設定された判定電圧以上となった場合に、ガス流動速度が判定流動速度以上であると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 5,
Gas flow judgment means
An internal combustion engine characterized in that a gas flow rate is determined to be equal to or higher than a determination flow rate when a discharge sustaining voltage that is a secondary voltage after reaching a dielectric breakdown voltage is equal to or higher than a predetermined determination voltage. Control device.
気筒ごとに、第1及び第2点火プラグを備え、多重点火制御は、第1点火プラグを用いて点火を行うものであり、
第1及び第2点火プラグにそれぞれ2次電圧を印加する第1及び第2点火コイルと、
第1及び第2点火コイルにそれぞれ電気エネルギを供給可能な第1及び第2コンデンサと、
第1コンデンサと第2コンデンサからそれぞれ第1点火コイルと第2点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第1接続状態と、第2コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギを供給可能にする第2接続状態と、を切替え可能なエネルギ振り分け手段と、
多重点火制御に切替えられた場合、第1コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギが供給された後に、エネルギ振り分け手段を第1接続状態から第2接続状態に切替えて、第2コンデンサから第1点火コイルに電気エネルギを供給させる制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine controlled by the control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
Each cylinder is provided with first and second spark plugs, and multiple ignition control performs ignition using the first spark plugs.
First and second ignition coils for applying a secondary voltage to the first and second spark plugs, respectively;
First and second capacitors capable of supplying electrical energy to the first and second ignition coils, respectively;
A first connection state in which electric energy can be supplied from the first capacitor and the second capacitor to the first ignition coil and the second ignition coil, respectively, and a second state in which electric energy can be supplied from the second capacitor to the first ignition coil. An energy distribution means capable of switching between connection states;
In the case of switching to the multiple ignition control, after the electric energy is supplied from the first capacitor to the first ignition coil, the energy distribution means is switched from the first connection state to the second connection state, and the first capacitor is switched to the first connection state. Control means for supplying electrical energy to the ignition coil;
An internal combustion engine characterized by comprising:
第1点火プラグは、燃焼室の天井壁中央部に火花放電部が配設されている中央点火プラグであり、
第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部に火花放電部が配設されているサイド点火プラグである、
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 7,
The first spark plug is a central spark plug in which a spark discharge portion is disposed at the center of the ceiling wall of the combustion chamber,
The second spark plug is a side spark plug in which a spark discharge portion is disposed on the peripheral edge of the ceiling wall of the combustion chamber.
An internal combustion engine characterized by that.
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