JP2009150275A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料性状に応じて放電回数を制御することにより、点火プラグのくすぶりを防止するのに適した放電回数を実行できる内燃機関の点火制御装置を提供する。
【解決手段】本実施例に係るエンジンシステム２００は、エンジン１０の燃焼室１５に供給される燃料の性状を判定する燃料性状センサ５０と、燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグ１６と、燃料性状センサ５０の判定結果に応じて、一回の燃焼行程中における点火プラグ１６の放電回数を制御するＥＣＵ１００とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置に関する。

従来から、一回の燃焼行程中において点火プラグの点火を複数回行う内燃機関の点火装置に関する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、点火プラグの放電回数を複数回行うことにより、混合気への着火性を確保することができる。

特開平７−１０３１２２号公報

内燃機関の運転状態によっては、点火プラグのくすぶりが発生することがある。点火プラグのくすぶりとは、不完全燃焼などによって発生するカーボンが点火プラグの碍子に付着する現象をいい、くすぶりが進行すると火花放電が発生しなくなり失火する恐れがある。ところで内燃機関に供給される燃料は、揮発性のよい軽質成分を多く含む場合もあれば、揮発性の悪い重質成分を多く含んでいる場合もある。点火プラグのくすぶりの発生頻度、進行具合は、このような燃料性状の違いによっても変動する。

そこで本発明は、燃料性状に応じて放電回数を制御することにより、点火プラグのくすぶりを防止するのに適した放電回数を実行できる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の燃焼室に供給される燃料の性状を判定する判定手段と、前記燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、前記判定手段の判定結果に応じて、一回の燃焼行程中における前記点火プラグの放電回数を制御する点火制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置によって達成できる。燃料性状に応じて放電回数を制御することにより、点火プラグのくすぶりを防止するのに適した放電回数を実行できる。

上記構成において、前記判定手段の判定結果に応じて、前記燃焼室内の吸気の流速を制御する吸気流制御手段を備えた、構成を採用できる。吸気の流速を変更することにより、点火プラグによる点火の間隔を変更することができる。これにより、放電回数を変更できる。

上記構成において、前記燃焼室内に旋回流を生成する旋回流制御弁を備え、前記吸気流制御手段は、前記旋回流制御弁を制御することにより前記旋回流の強さを変更する、構成を採用できる。旋回流の強さを変更することにより、燃焼室内の吸気の流速を制御できる。

上記構成において、前記吸気流制御手段は、機関回転数を変更することにより前記燃焼室内の吸気の流速を制御する、構成を採用できる。機関回転数が変わると、燃焼室内での吸気の流速も変わるからである。

上記構成において、変速比を変更する変速機を備え、前記吸気流制御手段は、前記変速機の変速比を制御することにより機関回転数を変更する、構成を採用できる。変速比が変わると、機関回転数も変わるからである。

上記構成において、前記点火制御手段は、前記燃焼室への燃料供給が停止されている場合に、放電を実行する、構成を採用できる。燃焼室への燃料供給が停止されている場合に放電を実行することにより、燃焼室への燃料供給が再開される前に、くすぶりの発生要因を除去できる。

上記構成において、前記点火プラグは、単一の気筒に対して複数設けられ、前記点火制御手段は、前記複数の点火プラグに対する放電回数を制御する、構成を採用できる。

上記構成において、前記点火制御手段は、燃料の重質度合が大きいほど放電回数を増やす、構成を採用できる。

本発明によれば、燃料性状に応じて放電回数を制御することにより、点火プラグのくすぶりを防止するのに適した放電回数を実行できる内燃機関の点火制御装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る複数の実施例について説明する。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。図１は、実施例１に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。図１において、ハイブリッドシステム１は、ＥＣＵ１００、エンジンシステム２００、モータＭＧ１、モータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００及びバッテリ５００を備え、ハイブリッド車両１２０を制御するシステムである。

ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するくすぶり対策処理を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、詳しくは後述する、くすぶり対策処理の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される。また、ＥＣＵ１００は、燃料性状センサ５０の判定結果に応じて、一回の燃焼行程中における点火プラグ１６の放電回数を制御する点火制御手段に相当し、また、燃焼室１５内の吸気の流速を制御する吸気流制御手段に相当する。

エンジンシステム２００は、ハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。尚、エンジンシステム２００の詳細な構成については後述する。

モータＭＧ１は、バッテリ５００を充電するための発電機として、或いはエンジンシステム２００の駆動力をアシストする電動機として機能する。モータＭＧ２は、エンジンシステム２００の出力をアシストする電動機として、或いはバッテリ５００を充電するための発電機として機能する。

動力分割機構３００は、図示せぬサンギア、プラネタリキャリア、ピニオンギア、及びリングギアを備えた遊星歯車機構である。これら各ギアのうち、内周にあるサンギアの回転軸はモータＭＧ１に連結されており、外周にあるリングギアの回転軸は、モータＭＧ２に連結されている。サンギアとリングギアの中間にあるプラネタリキャリアの回転軸はエンジンシステム２００に連結されており、エンジンシステム２００の回転は、このプラネタリキャリアと更にピニオンギアとによって、サンギア及びリングギアに伝達され、エンジンシステム２００の動力が２系統に分割されるように構成されている。ハイブリッド車両１２０において、リングギアの回転軸は、ハイブリッド車両１２０における伝達機構１２１に連結されており、また、伝達機構１２１は、ＣＶＴ（無段変速機）１２３に連結されており、この伝達機構１２１、ＣＶＴ１２３を介して車輪１２２に駆動力が伝達される。

ＣＶＴ１２３は、ＥＣＵ１００の制御下で連続的にギア比を変化させることによって、変速比を連続的に変更可能に構成されている。

インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１、ＭＧ２に供給すると共に、モータＭＧ１、ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００はモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動するための電源として機能する充電可能な蓄電池である。バッテリ５００には、バッテリ５００の残容量を検出するＳＯＣセンサ５１０が設置されており、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

図２は、実施例１に係るエンジンシステム２００の模式図である。図１に示すエンジンシステム２００は、複数の気筒１２（図１では１つのみ図示）から構成されるエンジン１０を有している。このエンジン１０においては、吸気通路１３を流れる空気が吸気ポート１３ａを介して燃焼室１５に充填され、吸気ポート１３ａに燃料を噴射する燃料噴射弁１４によって、空気と燃料との混合気が生成される。この混合気に対し点火プラグ１６による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン１７が往復動し、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１８が回転駆動される。そして、各燃焼室１５での燃焼により生じた排気は、排気ポート１９ａを介して排気通路１９等を通ってエンジン１０の外部へと排出される。

エンジン１０の出力調整は、吸気通路１３に設けられたスロットル弁２１をアクチュエータ２２等によって駆動して、そのスロットル弁２１の開度を調節することによって実現される。スロットル開度の開度調節は、運転者によって操作されるアクセルペダル２３の踏込み量に応じてアクチュエータ２２が駆動されることにより行われる。

エンジン１０には、所定のタイミングで吸気通路１３及び排気通路１９をそれぞれ開閉する吸気弁２４及び排気弁２５が気筒１２毎に設けられている。

吸気通路１３内のスロットル弁２１よりも下流には、吸入空気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ７４が設けられている。また、運転者による同アクセルペダル２３の踏込み量を検出するアクセルセンサ７５、スロットル開度を検出するスロットルセンサ７６、エンジン１０を冷却するため冷却水の温度を検出する水温センサ７７が設けられている。

また、吸気通路１３内には、燃焼室１５内の旋回流であるタンブル流を発生させる旋回流制御弁２６が配置されている。旋回流制御弁２６は、ＥＣＵ１００からの出力によって吸気通路１３内の開口度合を変更可能に構成されている。ＥＣＵ１００からの出力に応じて、旋回流制御弁２６の開度が変更されることにより、燃焼室１５内に発生するタンブル流の強さを変更することができる。

また、エンジンシステム２００は、燃焼室１５に供給される燃料の性状を判定する燃料性状センサ５０を備えている。燃料性状センサ５０は、エンジン１０に供給する燃料を蓄える燃料タンク（不図示）に設けられている。燃料性状センサ５０は、燃料中に含まれる高沸点成分の割合を検出することができる。具体的には、燃料タンクに貯留されている燃料の一部を加熱し、この加熱前後での単位時間当たりでの燃料の重量の変化を検出することにより、重質度合を検出するようにしてもよい。例えば、低沸点成分を多く含む軽質燃料の場合には、加熱による単位時間当たりの気化量は比較的多いため、燃料の重量の変化率は大きなものとなる。高沸点成分を多く含む重質燃料の場合には、加熱した場合であっても、単位時間当たりの気化量は少ないため、燃料の重量の変化率は小さなものとなる。このように、加熱による燃料の重量の変化率を検出することにより、燃焼室１５に供給される燃料の、重質度合を判定することができる。尚、この情報は、ＥＣＵ１００に出力される。燃料性状センサ５０は、燃料の性状を判定する判定手段に相当する。尚、そのほかの公知のセンサ及び方法によって燃料性状を判定してもよい。

次に、ＥＣＵ１００が実行するくすぶり対策処理について説明する。図３は、ＥＣＵ１００が実行するくすぶり対策処理の一例を示したフローチャートである。尚、くすぶり対策処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ１００は、燃料性状センサ５０により、燃焼室１５に供給される燃料の性状が重質燃料に該当するか否かを判定する（ステップＳ１０）。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、エンジン１０が駆動中であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。即ち、燃料噴射弁１４から燃料が噴射されて燃焼室１５内に供給されているか否かを判定する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、点火プラグ１６の放電回数を設定する（ステップＳ１２）。ここで、放電回数とは、一回の燃焼行程中における放電回数をいう。図４は、点火プラグ１６の放電回数を設定するためのマップである。図４のマップは、縦軸は燃料の重質度合、横軸は点火プラグ１６の放電回数を示している。図４に示すように、燃料性状センサ５０の出力に基づいて判定した燃料の重質度合が大きい場合には、放電回数を多く設定する。重質度合が大きいほど、くすぶりが発生しやすいからである。尚、図４に示したマップは、予め実験などにより算出されたものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

次に、ＥＣＵ１００は、各種センサからの出力に基づいて、現在の運転状態が、点火プラグ１６のくすぶりが発生しやすい運転領域であるか否を判定する（ステップＳ１３）。くすぶりが発生しやすい運転領域は、本実施例のように吸気ポート１３ａに燃料を噴射するものであるか、又は燃焼室１５内に直接燃料を噴射するものであるかなどのエンジンの諸条件によって変動するため、本処理が実行されるエンジンに適したマップにより判定することが望ましい。尚、このマップは予め実験などにより算出され、ＲＯＭに記憶されている。

否定判定の場合には、この一連のくすぶり対策処理を終了する。くすぶり対策処理が終了した際には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２において設定した放電回数ではなく、ＥＣＵ１００に予め設定されている放電回数での点火を実行する。この放電回数は、燃焼室１５に供給される燃料が重質燃料ではない場合（ステップＳ１０において否定判定）に設定される放電回数と同様である。

ステップＳ１３において肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、旋回流制御弁２６を閉側に制御する（ステップＳ１４）。これにより、吸気通路１３内を通過する吸気が絞られ、燃焼室１５内に強いタンブル流が生成される。これにより、点火プラグ１６が放電した際には、放電がタンブル流によって一時的に吹き消されるが、再度放電する。従って、点火プラグ１６の放電の間隔が短くなり、結果的に放電回数が増加することになる。

次に、ＥＣＵ１００は、ＣＶＴ１２３の変速比を高回転側に変更する（ステップＳ１５）。具体的には、ＥＣＵ１００は、図５に示したマップにおける、等出力線Ｐ上で、現在の運転状態よりも、機関回転数が高回転側となるように変速比を制御する。等出力線Ｐとは、エンジン１０の出力値を一定とした場合のトルクと回転数との関係線である。図５に示したマップは、縦軸にエンジン１０の負荷、横軸にエンジン１０の回転数を示している。図５には、３本の等出力線Ｐのみ記載されているが、実際には複数設定することが可能である。通常、ＣＶＴ１２３は動作線Ｑに従って作動するが、ステップＳ１５の処理においては、ＥＣＵ１００は、等出力線Ｐ上であって、エンジン１０の回転数が増大する側に制御する。これによっても燃焼室１５内での混合気の流速も増大する。これにより、結果的に点火プラグ１６の放電回数を増大することができる。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２において設定された放電回数で、点火プラグ１６に対して放電を実行する（ステップＳ１６）。以上のように設定された放電回数での放電を実行することにより、点火プラグ１６のくすぶりを防止して、燃焼室１５内の混合気に対する点火性能を向上させることができる。

次に、ステップＳ１１において否定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１２０が停車中であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。具体的には、不図示の車速センサなどからの出力により判定する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、イグニッションがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣセンサ５１０からの出力に基づいて、バッテリ５００の充電状態が良好であるか、又はバッテリ５００が充電中であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。否定判定の場合には、この一連のくすぶり対策処理を終了する。

肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、点火プラグ１６のくすぶりを検出する（ステップＳ２３）例えば、ＥＣＵ１００は、点火プラグ１６にイオン電流検出電圧を印加し、点火プラグ１６による点火後の燃焼イオンを検出すると共に、点火コイル（不図示）通電開始時のイオン電流変化を検出することにより点火プラグ１６のくすぶり状態を検出する。尚、これ以外の公知の方法であってもよい。

次に、ＥＣＵ１００は、くすぶりが発生したか否かを判定する（ステップＳ２４）。否定判定の場合には、くすぶり対策処理を終了する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ＥＣＵ１００は、放電回数を設定する（ステップＳ２５）。尚、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２において放電回数を設定するために用いたマップとは異なるマップを用いて、放電回数を設定する。即ち、ステップＳ１２において設定された放電回数は、エンジン１０が駆動中の場合を想定したものであり、混合気を点火するために必要となる放電回数であるのに対し、ステップＳ２５において設定される放電回数は、エンジン１０が停止中である場合を想定したものであり、混合気自体が存在せず、点火プラグ１６の碍子に付着したカーボンを点火により焼き切ることを目的としているからである。尚、ステップＳ２５において設定される放電回数は、ステップＳ１２において設定される放電回数と同様に、燃料の重質度合が大きいほど、放電回数が増えるように設定される。燃料の重質度合が大きい場合には、エンジン１０の駆動中は不完全燃焼となりやすく、点火プラグ１６に付着するカーボンの量も多くなる傾向があるからである。

次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２５において設定された放電回数で放電を実行する（ステップＳ１６）。以上のように、エンジン１０の停止中に点火プラグ１６を点火することにより、エンジン１０が始動する前にくすぶりの発生要因を除去することができ、始動時のくすぶりの発生を防止できる。また、ＥＣＵ１００は、バッテリ５００の充電状態が良好であり、又はバッテリ５００が充電中の場合に、点火プラグ１６を放電させることにより、バッテリ５００の電圧の低下を防止している。

ステップＳ２１において否定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、放電回数を設定し（ステップＳ３０）、放電を実行する（ステップＳ１６）。この場合での放電回数についても、ステップＳ１２、Ｓ２５と同様に、燃料の重質度合が増大するほど、放電回数が増大するように設定される。このように、イグニッションオフの場合にも、放電を実行することにより、エンジン１０が始動する前にくすぶりの発生要因を除去することができ、また、エンジン１０の暖機完了前にエンジン１０が停止されるショートトリップ運転が繰り返し実行された場合での、くすぶりの進行を阻止できる。尚、イグニッションオフの場合には、くすぶりの検出を行わずして点火を実行する。

以上のように、ＥＣＵ１００は、くすぶり対策処理を実行する。尚、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１３でそれぞれ肯定判定の場合には、燃料の重質度合に応じて放電回数を設定し（ステップＳ１２）、かつ、旋回流制御弁２６を閉側に制御し（ステップＳ１４）、また、ＣＶＴ１２３の変速比を高回転側に変更したが（ステップＳ１５）、例えば、放電回数のみを設定し、ステップＳ１４、Ｓ１５の制御は実行しないようにしてもよい。また、ステップＳ１２のような放電回数の設定を行わず、燃料が重質燃料の場合に、旋回流制御弁２６を閉側に制御し、又はＣＶＴ１２３の変速比を高回転側に変更するようにしてもよい。また、ステップＳ１４、Ｓ１５を実行せず、燃料の重質度合に応じて放電回数を設定した場合には、その重質度合に適した放電回数に設定することにより、放電回数の増大による無駄な電力消費を抑制することができる。

次に、実施例２に係るハイブリッドシステムについて説明する。図６は、実施例２に係るハイブリッドシステムに採用されているエンジンシステム２００ａの模式図である。尚、実施例１に係るハイブリッドシステムに採用されているエンジンシステム２００と同じ構成部分については、同一の符号を付することによってその説明を省略する。

図６に示すように、エンジン１０には、単一の気筒１２に対して２つの点火プラグ１６、１６ａが設けられている。点火プラグ１６ａは、くすぶりが発生しやすい運転領域において、点火プラグ１６と共に放電を実行することにより、混合気に対する点火の確実性を確保するものである。具体的には、ＥＣＵ１００は、燃焼室１５に供給される燃料が重質燃料ではない場合には、点火プラグ１６のみを放電させ、燃料が重質燃料であって、エンジン１０の運転状態が、くすぶりが発生しやすい領域の場合には、点火プラグ１６、１６ａの双方を放電させる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

実施例１においては、点火プラグ１６の放電回数を増やすことにより、点火プラグ１６のくすぶりを防止するが、燃料の重質度合に応じて、点火プラグ１６のコイルに対する電力を増大させるように制御してもよい。この場合でも、くすぶりの発生を防止できる。

実施例１においては、タンブル流を生成する旋回流制御弁２６を採用したが、スワール流を生成するものを採用してもよい。

実施例１において、ＥＣＵ１００は、ＣＶＴ１２３の変速比を高回転側に変更することにより機関回転数を変更したが、ＣＶＴに限らず、その他の方式による変速機を採用し、この変速機の変速比を変更することにより、機関回転数を変更するように構成してもよい。

実施例１に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。 実施例１に係るエンジンシステムの模式図である。 ＥＣＵが実行するくすぶり対策処理の一例を示したフローチャートである。 点火プラグの放電回数を設定するためのマップである。 ＣＶＴの変速比を高回転側に制御するためのマップである。 実施例２に係るハイブリッドシステムに採用されているエンジンシステムの模式図である。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１３ 吸気通路
１３ａ 吸気ポート
１４ 燃料噴射弁
１５ 燃焼室
１６、１６ａ 点火プラグ
２６ 旋回流制御弁
５０ 燃料性状センサ（判定手段）
１２０ ハイブリッド車両
１２３ ＣＶＴ
１００ ＥＣＵ（点火制御手段、吸気流制御手段）
２００、２００ａ エンジンシステム
５００ バッテリ
５１０ ＳＯＣセンサ
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室に供給される燃料の性状を判定する判定手段と、
   前記燃料と吸気との混合気に点火する点火プラグと、
   前記判定手段の判定結果に応じて、一回の燃焼行程中における前記点火プラグの放電回数を制御する点火制御手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記判定手段の判定結果に応じて、前記燃焼室内の吸気の流速を制御する吸気流制御手段を備えた、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. 前記燃焼室内に旋回流を生成する旋回流制御弁を備え、
   前記吸気流制御手段は、前記旋回流制御弁を制御することにより前記旋回流の強さを変更する、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の点火制御装置。
4. 前記吸気流制御手段は、機関回転数を変更することにより前記燃焼室内の吸気の流速を制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の点火制御装置。
5. 変速比を変更する変速機を備え、
   前記吸気流制御手段は、前記変速機の変速比を制御することにより機関回転数を変更する、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火制御装置。
6. 前記点火制御手段は、前記燃焼室への燃料供給が停止されている場合に、放電を実行する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
7. 前記点火プラグは、単一の気筒に対して複数設けられ、
   前記点火制御手段は、前記複数の点火プラグに対する放電回数を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。
8. 前記点火制御手段は、燃料の重質度合が大きいほど放電回数を増やす、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の内燃機関の点火制御装置。

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