JP2009222030A - 筒内噴射式内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関の点火制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】成層燃焼実行時において燃焼室内混合気分布のサイクル間変動がある場合でも、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を向上させる。
【解決手段】筒内噴射式内燃機関の成層燃焼時において、燃料噴射弁から噴射された燃料を含む混合気流は、燃焼室内の気流経路上を点火手段の位置まで移動する。気流経路上には混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段が設けられ、検出された濃度に基づいて最適点火時期が決定される。一方、燃焼の安定性を確保できる限界の点火時期として、最進角点火時期と最遅角点火時期が予め決定されている。決定された最適点火時期は、最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較され、実際の点火時期が調整される。ここで、点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、気流経路における点火手段の位置より上流側の位置に点火する。
【選択図】図13

Description

本発明は、気筒内に燃料噴射弁を有する筒内噴射式内燃機関の点火制御に関する。
気筒内に燃料噴射弁を設け、成層燃焼を行うことにより燃費を改善することが可能な筒内噴射式内燃機関が知られている。筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼を行う場合、気筒内の限定された空間に成層混合気を形成するようにしているが、混合気の濃度分布は1サイクル毎にばらつきがある。そのため、内燃機関が一定負荷かつ一定回転数にあるときに一定のタイミングで点火しても、適切な可燃混合気が点火プラグ近傍にある状態とは必ずしも言えず、失火が発生する可能性があるなど、着火性が不安定となる傾向がある。
上記の観点から、特許文献1に記載の筒内噴射式内燃機関では、燃焼室内の燃料噴射弁から点火プラグに向かう経路上にHCセンサを設け、混合気の濃度が可燃最適範囲にあるか否かを検出する。点火制御装置は、可燃最適濃度にある混合気が点火プラグ近傍に到達するまでの所要時間を運転状態から予測し、点火時期を決定して点火を実行する。
特許文献2は、筒内噴射式内燃機関において、点火プラグ付近の空燃比を時系列的に計測し、適正空燃比となる時期を選択して点火時期としている。
また、上記の他に本発明に関連のある文献として、特許文献3〜7が挙げられる。
特開2000−240544号公報 特開2000−179377号公報 特開2005−233091号公報 特開平3−246369号公報 特開2003−254216号公報 特開平2002−147242号公報 特開平2006−132518号公報
特許文献1の方法では、そのサイクルで点火プラグ位置における燃料濃度が最適になるかどうかという点のみを考慮して点火時期を決めているため、結果的に混合気の到達が早い場合は過進角になってノックが発生する可能性があり、混合気の到達が遅い場合には過遅角になって出力が低下する可能性がある。よって、やはり燃焼が安定しないという問題が残る。
特許文献2の方法では、混合気のサイクル間の大きな変動には対応できず、やはり燃焼が安定しないという問題が残る。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、成層燃焼実行時において燃焼室内混合気分布のサイクル間変動がある場合でも、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を向上させることを目的とする。
本発明の1つの観点では、筒内噴射式内燃機関の点火制御装置は、燃料噴射弁から噴射された燃料が混合気流となって点火手段の位置まで移動する気流経路上に設けられ、当該混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、検出された濃度に基づいて、前記点火手段の最適点火時期を決定する点火時期決定手段と、前記最適点火時期を、予め決められた最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較し、比較結果に基づいて実際の点火時期を調整する点火制御手段と、を備え、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記点火手段により、前記気流経路における前記点火手段の位置より上流側の位置に点火する。
上記の点火制御装置は、筒内噴射式内燃機関の成層燃焼時における点火時期を制御する。燃料噴射弁から噴射された燃料は、空気と混合して混合気流となり、燃焼室内の気流経路上を点火手段の位置まで移動する。気流経路上には、混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段が設けられる。濃度検出手段は、例えば燃料の濃度としてHC濃度を検出するHCセンサ、燃料の濃度として空燃比を検出する空燃比センサなどとすることができる。
検出された濃度に基づいて、最適点火時期が決定される。一方、燃焼の安定性を確保できる限界の点火時期として、最進角点火時期と最遅角点火時期が予め決定されている。決定された最適点火時期は、最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較され、実際の点火時期が調整される。ここで、点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、気流経路における点火手段の位置より上流側の位置に点火する。点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合は、点火手段の位置近傍の混合気の濃度が高すぎて着火性が悪い一方、それより上流側(混合気流の後ろ側)の混合気は適度な可燃濃度となっている傾向がある。そこで、点火手段の位置より上流側に点火することにより、失火などを防止し、燃焼を安定させることができる。
上記の点火制御装置の好適な例では、前記点火制御手段は、最適点火時期が最進角点火時期より早い場合は最進角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最遅角点火時期より遅い場合は最遅角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最進角点火時期と最遅角点火時期の間にある場合は最適点火時期を実際の点火時期とする。
上記の点火制御装置の他の一態様では、前記点火手段は、第1の点火手段と、前記気流経路において前記第1の点火手段より上流側に設けられた第2の点火手段と、を備え、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第2の点火手段を用いて点火を行う。
この態様では、気筒に2つの点火手段を設ける。第2の点火手段は、混合気流の気流経路における上流側に設けられ、第1の点火手段より混合気流の上流側位置に点火することができる。実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第2の点火手段を用いて点火を行う。
上記の点火制御装置の他の一態様では、前記点火手段は、当該点火手段の近傍位置と、前記気流経路において前記近傍位置より上流側にある上流側位置との両方に点火可能であり、前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記上流側位置に点火を行う。
この態様では、点火手段は、その近傍位置に加えて、近傍位置より気流経路上の上流側位置にも点火する機能を有する。このような点火手段としては、例えばプラズマ点火プラグなどが挙げられる。実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、この点火手段を用いて、上流側位置に点火を行う。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る点火制御装置が適用された車両100の構成を示す概略図である。なお、図1では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
車両100は、エンジン(内燃機関)1を備える。エンジン1は、いわゆる筒内噴射型エンジンであり、気筒2に燃料噴射弁8が設けられている。気筒2の内部にはピストン3が上下運動可能に設けられている。ピストン3はコンロッド4を介してクランク軸(不図示)に連結されている。気筒2の上部には吸気弁5及び排気弁6が設けられている。気筒2の内部には、その内壁と、ピストン3と、吸気弁5と、排気弁6とにより、ピストン3の上方に燃焼室7が形成されている。
また、気筒2の上部には、燃焼室7内部へ向けて点火プラグ10と、HCセンサ11とが設けられている。なお、図1においては、説明の便宜上、1つの気筒2のみを示しているが、実際にはエンジン1は複数の気筒2を有する。
また、エンジン1は、吸気通路20と、排気通路25とを有する。吸気通路20には、スロットルバルブ21が設けられている。吸気通路20には外部から導入された空気(新気)が通過し、スロットルバルブ21は吸気通路20を通過する空気の流量を調整する。吸気通路20を通過した空気は燃焼室7に供給される。また、燃焼室7には、燃料噴射弁8によって噴射された燃料が供給される。燃焼室7内では、このように供給された空気と燃料との混合気が、点火プラグ10により点火されて燃焼する。この場合、燃焼によってピストン3が往復運動し、この往復運動がコンロッド4を介してクランク軸(不図示)に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼によって生じた排気は排気通路25から排出される。
また、車両100は、クランク軸の回転を検出するクランク角センサ17と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ18とを備える。
ECU50は、図示しないCPU、ROM及びRAMなどを備えて構成される。ECU50は、車両100内に設けられた各種センサから信号などを取得し、車両100内の構成要素に対して制御を行う。具体的には、ECU50は、HCセンサ11の出力信号S3、クランク角センサ17の出力信号S4及びアクセル開度センサ18の出力信号S5などを受け取る。また、ECU50は、制御信号S1を燃料噴射弁8に送って燃料噴射タイミング及び噴射量を制御するとともに、制御信号S2を点火プラグ10に送って混合気への点火を実行する。
図2は、気筒2内部の燃焼室7の様子を模式的に示す。燃料噴射弁8から噴射された燃料は、吸気通路20から導入される空気と混ざって混合気流となる。混合気流は、矢印で示す経路(気流経路)16に沿って、燃料噴射弁8の近傍から点火プラグ10の近傍へと移動する。なお、この混合気流は、燃焼室7の形状、燃料噴射弁8及び点火プラグ10の位置関係などにより規定される。図示のように、HCセンサ11は、混合気流が燃料噴射弁8の近傍から点火プラグ10の近傍へ至る気流経路16上であって、点火プラグ10より上流側に配置されている。
次に、第1実施形態による点火制御について説明する。本実施形態の如き筒内噴射式内燃機関では、均質燃焼を行う場合には吸気行程で燃料噴射を行い、成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射を行う。以下に説明する点火制御は、成層燃焼時における制御である。
前述のように、燃料噴射弁8から噴射された燃料は、気流経路16に沿って点火プラグ10の位置まで移動する。HCセンサ11は、エンジン1の各サイクルにおいて、混合気流の濃度(HC濃度、以下「混合気濃度」と呼ぶ。)を時系列的に測定し、混合気濃度が可燃最適範囲にあることを検出する。なお、混合気濃度の可燃最適範囲は予め決定されている。
燃料噴射弁8から燃料噴射がなされると、最初は燃料噴射弁8の近傍に可燃最適範囲の濃度を有する混合気(以下、「最適濃度混合気」と呼ぶ。)が存在するが、それは混合気流となって気流経路16に沿って移動する。最適濃度混合気が気流経路16に沿ってHCセンサ11の近傍に至ると、HCセンサ11が可燃最適範囲の混合気濃度を検出する。最適な点火時期は、その最適濃度混合気が点火プラグ10の位置に到達したときとなる。そこで、本実施形態では、最適濃度混合気がHCセンサ11で検出されてから、点火プラグ10の位置に到達するまでに要する所要時間ΔTを、エンジン1の運転状態に合わせて予め実験的に求めておき、マップとして用意する。
図3(a)は、最適濃度混合気がHCセンサ11により検出されてから点火プラグ10に到達するまでの所要時間ΔTのマップの例である。図3(a)のマップは、エンジンの運転状態を示すパラメータとして、横軸にエンジン回転数、縦軸にエンジンの負荷を示している。ECU50は、HCセンサ11が最適濃度混合気を検出すると、そのときのエンジン回転数及び負荷に基づいてこのマップを参照し、最適濃度混合気が点火プラグ10の位置に到達するまでの所要時間ΔTを取得する。そして、ECU50は、マップを参照して得た所要時間ΔTに基づいて、最適濃度混合気が点火プラグ10の位置に到達するときを最適点火時期SAと決定する。なお、本実施形態では、ECU50は、クランク角センサ17の出力信号S4に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサ18の出力信号S5に基づいてエンジン負荷を決定する。
また、本実施形態の点火制御装置は、エンジン1の運転状態に応じて燃焼が安定的に行える点火時期のマップを予め保持している。図3(b)は燃焼安定領域の概念図である。図3(b)において、斜線で示す領域が燃焼安定領域STであり、エンジン回転数及び負荷と、点火時期との関係が燃焼安定領域ST内にあるとき、エンジンの燃焼が安定する。ここで、図3(b)における燃焼安定領域STの上側(点火時期が遅い側)の境界が最遅角点火時期SAXを示す最遅角点火時期線Lsaxであり、下側(点火時期が早い側)の境界が最進角点火時期SANを示す最進角点火時期線Lsanである。最遅角点火時期SAXは、それ以上点火時期を遅角させると燃焼が不安定になる限界を示し、最進角点火時期SANは、それ以上点火時期を進角させると燃焼が不安定になる限界を示す。
図4(a)は最進角点火時期SANのマップを示し、図4(b)は最遅角点火時期SAXのマップを示す。いずれのマップも、エンジン回転数及び負荷をパラメータとしている。図4(a)のマップは図3(b)に示す最進角点火時期線Lsanを規定しており、図4(b)のマップは図3(b)に示す最遅角点火時期線Lsaxを規定している。
図3(a)のマップを参照して求めた最適点火時期は、混合気の濃度の観点では最適な点火時期であるが、実際のエンジンでは混合気の挙動がサイクル毎にばらつくため、最適点火時期が結果的に燃焼安定領域STを外れてしまうことがあり、失火やノックなどが発生する恐れがある。そこで、本実施形態の点火制御装置は、最適点火時期SAが燃焼安定領域ST内にあるか否かを判定し、燃焼安定領域ST内にある場合にはその最適点火時期SAに点火を行う。一方、最適点火時期SAが燃焼安定領域外となった場合、点火制御装置は、最適点火時期が最進角点火時期SANより早い場合は最進角点火時期SANに点火を行い、最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅い場合は最遅角点火時期SAXに点火を行う。こうして、最適点火時期でないにしても、失火やノックを防止し、安定した燃焼を確保してトルク変動を抑制する。
具体的には、ECU50は、図3(a)のマップを参照して最適点火時期SAを決定した後、図4(a)及び4(b)のマップを参照して、最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAXを取得する。そして、最適点火時期SAを、最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAXと比較し、最適点火時期SAが最進角点火時期SANより早い場合は最進角点火時期SANに点火を行い、最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅い場合は最遅角点火時期SAXに点火を行う。こうして、本実施形態の点火制御装置は、エンジンサイクル毎に混合気の挙動が大きなばらつきを有する場合でも、失火やノックなどを防止して安定した燃焼を確保する。
図5は、第1実施形態に係る点火制御のフローチャートである。この処理は、主として図1に示すECU50が実行する。
まず、ECU50は、クランク角センサ17の出力信号S4、及び、アクセル開度センサ18の出力信号S5に基づいて、エンジン回転数及び負荷を検出する(ステップS1)。次に、ECU50は、HCセンサ11の出力信号S3に基づいて、混合気濃度を時系列的に検出する(ステップS2)。具体的には、HCセンサ11は所定時間毎に繰り返し混合気のHC濃度を検出し、ECU50に供給する。
次に、ECU50は、HCセンサ11が検出した混合気濃度が可燃最適濃度になったか、即ち可燃最適範囲に入ったことを検出する(ステップS3)。混合気濃度が可燃最適濃度になった場合(ステップS3;Yes)、ECU50は、図3(a)に例示するマップを参照し、最適点火時期SAを決定する(ステップS4)。次に、ECU50は、最適点火時期SAが燃焼安定領域ST内にあるか否かを判定する(ステップS5)。具体的には、ECU50は、図4(a)及び4(b)に例示するマップを参照して最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAXを取得し、最適点火時期SAをそれらと比較する。
最適点火時期SAが燃焼安定領域ST内にある場合(ステップS5;Yes)、ECU50は、点火プラグ10に制御信号S2を供給し、最適点火時期SAで点火を実行する(ステップS6)。最適点火時期SAが最進角点火時期SANより早い場合(ステップS5;SA<SAN)、ECU50は最進角点火時期SANで点火を実行する(ステップS7)。また、最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅い場合(ステップS5;SA>SAX)、ECU50は最遅角点火時期SAXで点火を実行する(ステップS8)。
以上のように、本実施形態では、成層燃焼実行時において、燃焼室内の混合気分布のサイクル間変動にもかかわらず、最適な点火時期を設定し、混合気の着火性及び燃焼の安定性を確保することができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態による点火制御装置について説明する。図6は、第2実施形態に係る点火制御装置を適用した車両100aの構成を示す。第1実施形態の車両100と比較すると、車両100aは、HCセンサ11の代わりに空燃比センサ12を有する点が異なるが、それ以外は同様である。空燃比センサ12は、点火プラグ10の近傍に配置され、点火プラグ10の近傍に存在する混合気の空燃比を検出し、検出信号S6をECU50に供給する。
図7は、第2実施形態における点火制御時の燃焼室7の状態を模式的に示す。燃料噴射弁8から噴射された燃料は、吸気通路20から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路24に沿って点火プラグ10の近傍位置まで移動する。空燃比センサ12は、点火プラグ10の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。
点火時期は、予め多数回の実験を行い、測定結果の平均化処理などにより、最適空燃比になる時期(以下、「標準点火時期CAn」と呼ぶ。)に設定されている。図8は、1サイクルにおいて空燃比センサが検出した空燃比の標準的な変化を示す特性(以下、「標準特性」と呼ぶ。)91を示す。この標準特性91は上述のように複数回の測定結果の平均化などにより得られる。図示のように、燃料の噴射後、空燃比センサが検出する空燃比は一旦濃くなるが、その後徐々に薄くなる。その過程で、最適空燃比になった時期が標準点火時期CAnである。
しかし、実際には、各サイクルにおいて混合気の挙動にはばらつきがあるので、空燃比センサ12が検出した空燃比が最適空燃比となったときを最適点火時期SAとする。例えば、図9(a)に示すように、実際の空燃比の変化特性92によれば空燃比が標準点火時期CAnよりも早く最適空燃比に到達する場合には、その時期を最適点火時期SAとする。また、図9(b)に示すように、実際の空燃比の変化特性93によれば空燃比が標準点火時期CAnよりも遅く最適空燃比に到達する場合には、その時期を最適空燃比SAとする。
さらに、第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、点火制御装置は最適点火時期が燃焼安定領域内にあるか否かの判定を行う。即ち、ECU50は、図3(b)に例示する燃焼安定領域STに基づいて、図4(a)及び4(b)に例示するマップを保持し、最適点火時期SAを最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAXと比較する。
図10(a)は、実際の空燃比の変化特性94において、最適点火時期SAが最進角点火時期より早い場合を示す。空燃比が最適空燃比となる最適点火時期SAが最進角点火時期SANより早いため、ECU50は、最進角点火時期SANを実際の点火時期とする。即ち、ECU50は、最適点火時期SAが到来しても点火を行わず、最進角点火時期SANを待って点火を行う。
図10(b)は、実際の空燃比の変化特性95において、最適点火時期SAが最遅角点火時期より遅い場合を示す。空燃比が最適空燃比となる最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅いため、ECU50は、最遅角点火時期SAXを実際の点火時期とする。即ち、ECU50は、最適点火時期SAを待つことなく、最遅角点火時期SAXが来たら直ちに点火を実行する。
こうすることにより、実際の点火時期は最適空燃比の状態ではないものの、事前に燃焼安定性が保たれることが確認されている範囲内であるため、ノックや失火を防止することができる。
図11は、第2実施形態に係る点火制御のフローチャートである。この処理は基本的にECU50により実行される。なお、この処理の前提として、図8に例示するように多数回の測定などに基づいて標準点火時期が予め設定されており、かつ、図4(a)及び4(b)の如き安定燃焼領域における点火時期(即ち、最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAX)のマップが予め用意されているものとする。
まず、ECU50は、クランク角センサ17の出力信号S4、及び、アクセル開度センサ18の出力信号S5に基づいて、エンジン回転数及び負荷を検出する(ステップS11)。次に、ECU50は、エンジン回転数及び負荷に基づいて、図4(a)及び図4(b)の如きマップを参照し、最進角点火時期SAN及び最遅角点火時期SAXを決定する(ステップS12)。次に、ECU50は、クランク角CAを検出するとともに、空燃比センサ12の出力信号S6に基づいて時系列的に空燃比を検出する(ステップS13)。
次に、ECU50は、クランク角CAが最遅角点火時期SAXを超えたか否かを判定する(ステップS14)。クランク角CAが最遅角点火時期SAXを超えた場合(ステップS14;Yes)、ECU50は、最遅角点火時期SAXで直ちに点火を実行する(ステップS18)。
一方、クランク角CAが最遅角点火時期SAXを超えてない場合(ステップS14;No)、ECU50は、空燃比センサ12が検出した空燃比が最適空燃比となったか否かを判定する(ステップS15)。空燃比が最適空燃比となっていない場合(ステップS15;No)、処理はステップS13へ戻る。一方、空燃比が最適空燃比となった場合(ステップS15;Yes)、ECU50は、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えていないかを判定する(ステップS16)。
クランク角CAが最進角点火時期SANを超えていない場合(ステップS16;Yes)、ECU50は、最進角点火時期SANで点火を行う(ステップS19)。一方、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えている場合(ステップS16;No)、ECU50は最適点火時期SAで点火を行う(ステップS17)。
以上のように、本実施形態では、基本的には最適点火時期SAに点火を行うことにより、サイクル毎の混合気状態の変動に拘わらず、最適な空燃比の混合気に対して点火することができ、着火性及び燃焼の安定性を確保することができる。また、最適点火時期が燃焼安定領域を外れる場合には、燃焼の安定性が確保できる点火時期、即ち、最進角点火時期SAN又は最遅角点火時期SAXに点火を行うので、失火やノックなどを防止することができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係る点火制御装置について説明する。第3実施形態に係る点火制御装置を適用した車両は、図6に示す第2実施形態車両100aに対して、点火プラグ15を追加した点のみが異なり、その他は同様である。
図12に、第3実施形態に係る点火制御装置における点火制御時の燃焼室7の状態を模式的に示す。燃料噴射弁8から噴射された燃料は、吸気通路20から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路24に沿って点火プラグ10の近傍位置まで移動する。空燃比センサ12は、点火プラグ10の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。
また、点火プラグ10(以下、「第1の点火プラグ」とも呼ぶ。)に加えて、もう1つの点火プラグ15(以下、「第2の点火プラグ」とも呼ぶ。)が設けられている。第1の点火プラグ10は、気筒2(燃焼室7)を平面視した場合のほぼ中央に設けられている。これに対し、第2の点火プラグ15は、気筒2(燃焼室7)を平面視した場合に、燃料噴射弁8の反対側に設けられている。言い換えると、第2の点火プラグ15は、燃料噴射弁8から噴射された燃料を含む混合気流の気流経路24において、第1の点火プラグ10よりも上流側の位置に設けられている。従って、第2の点火プラグ15は、第1の点火プラグ10と比較して、混合気流の上流側の位置に点火を行うことができる。
次に、第3実施形態による点火制御について説明する。第3実施形態による点火制御は、基本的に第2実施形態による点火制御と同様である。即ち、第3実施形態による点火制御装置は、空燃比センサ12が検出した空燃比が最適空燃比となる最適点火時期SAが、燃焼安定領域に含まれる最進角点火時期SANより早ければ最進角点火時期SANに点火を行い、最遅角点火時期SAXより遅ければ最遅角点火時期SAXに点火を行い、最進角点火時期SANと最遅角点火時期SAXの間であれば最適点火時期SAに点火を行う。
但し、第3実施形態では、最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅く、最遅角点火時期SAXに点火を行う場合には、第1の点火プラグ10に加えて、第2の点火プラグ15でも点火を実行する点が第2実施形態と異なる。このように、第2の点火プラグ15でも点火を実行する理由を以下に説明する。
一般に、成層混合気は粒径が大きく貫徹力が大きい噴霧群が先頭に密集するため、混合気流の先頭部分に濃い混合気が分布する傾向がある。上記のように、最適点火時期SAが最遅角点火時期SAXより遅く、点火時期を最遅角点火時期に修正する場合というのは、混合気流の到達が遅い場合である。よって、通常用いられる第1の点火プラグ10の位置では、混合気の濃度が高すぎて可燃濃度まで下がっておらず、失火の恐れがある。これに対し、第1の点火プラグ10よりも気流経路24における上流側の位置では、混合気濃度が可燃濃度まで下がっており、着火性が高い。よって、気流経路24における上流側に配置された第2の点火プラグ15により混合気流の後ろ側(噴射弁の反対側)よりの位置で点火することは、失火を防止する上で有効である。
図13に、第3実施形態の点火制御装置による点火制御のフローチャートを示す。このフローチャートにおいて、ステップS21〜S26は、図11に示す第2実施形態の点火制御のステップS11〜S16と同様であるので説明を省略する。
ステップS24において、クランク角CAが最遅角点火時期SAXを超えた場合(ステップS24;Yes)、ECU50は、最遅角点火時期SAXにおいて、第1の点火プラグ10及び第2の点火プラグ15の2点で点火を行う(ステップS28)。これにより、上述のように、そのサイクルの混合気の挙動が極端に遅い場合でも、失火を防止することができる。
一方、ステップS26において、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えていない場合(ステップS26;Yes)、ECU50は、最進角点火時期SANに第1の点火プラグ10、即ち気筒の中央に配置された点火プラグ10のみで点火を行う(ステップS29)。
また、ステップS26において、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えている場合(ステップS26;No)、ECU50は最適点火時期SAに第1の点火プラグ10、即ち気筒の中央に配置された点火プラグ10のみで点火を行う(ステップS27)。
以上のように、第3実施形態では、点火時期を最遅角点火時期SAXに修正する場合には、第1の点火プラグ10に加えて第2の点火プラグ15を用いて、混合気流の上流側の位置に対しても点火を行うので、可燃濃度にある混合気に点火することができ、失火を防止することができる。その結果、混合気の変動が極端に大きいサイクルにおいても、最適に近い点火時期及び点火位置を選んで点火することができ、常に燃焼を安定化することができる。
なお、上記の説明では、点火時期を最遅角点火時期SAXに修正する場合に、第1の点火プラグ10及び第2の点火プラグ15の両方で点火を行うこととしているが、その代わりに、第2の点火プラグ15のみで点火を行うこととしてもよい。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係る点火制御装置について説明する。第4実施形態に係る点火制御装置を適用した車両は、図6に示す第2実施形態の点火制御装置を適用した車両100aにおいて、通常の点火プラグ10の代わりに、プラズマ点火プラグ16を設けた点のみが異なり、その他は同様である。
図14に、第4実施形態に係る点火制御装置における点火制御時の燃焼室7の状態を模式的に示す。燃料噴射弁8から噴射された燃料は、吸気通路20から供給される空気と混合して混合気流を形成し、気流経路24に沿って点火プラグ10の近傍位置まで移動する。空燃比センサ12は、プラズマ点火プラグ16の近傍に存在する混合気の空燃比を検出する。ここで、プラズマ点火プラグ16は、火花を遠くへ飛ばす機能を有し、通常の点火プラグのように近傍位置26の混合気に点火することができることに加え、燃焼室7における燃料噴射弁8の反対側の位置(以下、「上流側位置27」とも呼ぶ。)の混合気にも点火することができる。ここで、上流側位置27は、混合気流の経路24におけるプラズマ点火プラグ16の位置より上流側の位置であり、第3実施形態において第2の点火プラグ15が設けられる位置とほぼ同様である。
本実施形態では、点火時期を最遅角点火時期SAXに修正する場合には、プラズマ点火プラグ16を利用して、混合気流の上流側位置27に点火を行う。即ち、第3実施形態において第1の点火プラグ10と第2の点火プラグ15とで2点点火を行う代わりに、上流側の位置27の混合気に点火する。第3実施形態において説明したように、点火時期を最遅角点火時期SAXに修正する場合には、混合気流の上流側(後ろ側)に可燃濃度の混合気が含まれているので、その位置の混合気に点火することにより、失火を防止する。
図15に、第4実施形態の点火制御装置による点火制御のフローチャートを示す。このフローチャートにおいて、ステップS31〜S36は、図11に示す第2実施形態の点火制御のステップS11〜S16と同様であるので説明を省略する。
ステップS34において、クランク角CAが最遅角点火時期SAXを超えた場合(ステップS34;Yes)、ECU50は、最遅角点火時期SAXにおいて、プラズマ点火ププラグ16を用いて上流側位置27に遠距離点火を行う(ステップS38)。これにより、上述のように、そのサイクルの混合気の挙動が極端に遅い場合でも、失火を防止することができる。
一方、ステップS36において、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えていない場合(ステップS36;Yes)、ECU50は、最進角点火時期SANにおいて、プラズマ点火プラグ16を用いて、近傍位置26に点火を行う(ステップS39)。
また、ステップS36において、クランク角CAが最進角点火時期SANを超えている場合(ステップS36;No)、ECU50は最適点火時期SAにおいて、プラズマ点火プラグ16を用いて近傍位置26に点火を行う(ステップS37)。
以上のように、第4実施形態では、点火時期を最遅角点火時期にSAXに修正する場合には、プラズマ点火プラグ16を用いて、混合気流の上流側の位置に対して点火を行うので、可燃濃度にある混合気に点火することができ、失火を防止することができる。その結果、混合気の変動が極端に大きいサイクルにおいても、最適に近い点火時期及び点火位置を選んで点火することができ、常に燃焼を安定化することができる。
第1実施形態に係る点火制御装置を適用した車両の概略構成を示す。 第1実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 最適点火時期のマップ及び燃焼安定領域を示すグラフである。 最進角点火時期及び最遅角点火時期のマップである。 第1実施形態による点火制御のフローチャートである。 第2実施形態に係る点火制御装置を適用した車両の概略構成を示す。 第2実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 標準点火時期を示すグラフである。 燃焼室内の混合気の空燃比の変化特性を示すグラフである。 燃焼室内の混合気の空燃比の変化特性を示すグラフである。 第2実施形態による点火制御のフローチャートである。 第3実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 第3実施形態による点火制御のフローチャートである。 第4実施形態における燃焼室内の混合気流の様子を模式的に示す。 第4実施形態による点火制御のフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン
2 気筒
3 ピストン
8 燃料噴射弁
10、15 点火プラグ
11 HCセンサ
12 空燃比センサ
16 プラズマ点火プラグ
17 クランク角センサ
18 アクセル開度センサ
50 ECU

Claims (4)

  1. 筒内噴射式内燃機関の点火制御装置であって、
    燃料噴射弁から噴射された燃料が混合気流となって点火手段の位置まで移動する気流経路上に設けられ、当該混合気流中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、
    検出された濃度に基づいて、前記点火手段の最適点火時期を決定する点火時期決定手段と、
    前記最適点火時期を、予め決められた最進角点火時期及び最遅角点火時期と比較し、比較結果に基づいて実際の点火時期を調整する点火制御手段と、を備え、
    前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記点火手段により、前記気流経路における前記点火手段の位置より上流側の位置に点火することを特徴とする点火制御装置。
  2. 前記点火手段は、第1の点火手段と、前記気流経路において前記第1の点火手段より上流側に設けられた第2の点火手段と、を備え、
    前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記第2の点火手段を用いて点火を行うことを特徴とする請求項1に記載の点火制御装置。
  3. 前記点火手段は、当該点火手段の近傍位置と、前記気流経路において前記近傍位置より上流側にある上流側位置との両方に点火可能であり、
    前記点火制御手段は、実際の点火時期を最遅角点火時期側へ調整する場合には、前記上流側位置に点火を行うことを特徴とする請求項1に記載の点火制御装置。
  4. 前記点火制御手段は、最適点火時期が最進角点火時期より早い場合は最進角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最遅角点火時期より遅い場合は最遅角点火時期を実際の点火時期とし、最適点火時期が最進角点火時期と最遅角点火時期の間にある場合は最適点火時期を実際の点火時期とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の点火制御装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102953796A (zh) * 2011-08-23 2013-03-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于防止发动机中的随机提前点火的控制系统和方法

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