JP2009275682A - エンジンの多点点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン電流の検出を行うことができるエンジンの回転数、負荷等の運転条件の制約を緩和することができ、イオン電流の検出可能条件を拡大することができるエンジンの多点点火制御装置を提供すること。
【解決手段】多点点火制御装置１は、エンジンの燃焼サイクルにおいて、点火コイル２のスイッチング制御を行い、２つのスパークプラグ３の一対の電極間にスパークを発生させ、このスパークによって気筒７内における可燃性ガスへの多点点火を行う多点点火制御動作と、燃焼サイクルにおいて、２つのスパークプラグ３のうちのいずれかのスパークプラグ３Ａによって可燃性ガスへの点火を行うと共に、２つのスパークプラグ３のうち可燃性ガスへの点火を休止した点火休止スパークプラグ３Ｂを用いて、可燃性ガスの燃焼後に一対の電極間を流れるイオン電流の検出を行うイオン電流検出制御動作とに切り替えて行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの気筒における複数箇所においてスパークを発生させるよう構成した多点点火制御装置に関し、特に、正常に燃焼が行われたときに発生するイオン電流を検出する構成のものに関する。

従来のエンジンの点火制御装置においては、各気筒において、点火コイルによってスパークプラグにおける一対の電極間にスパークを発生させた後、正常に燃焼が行われたかを検出するために、スパークプラグにおける一対の電極間に、燃焼後に生じるイオンによる電流（イオン電流）が流れるか否かを検出している。
例えば、特許文献１のイオン電流検出装置においては、点火プラグと点火コイル二次側とを含む二次電流経路において、コンデンサ及び順方向ダイオードを直列に接続し、二次電流により充電されるコンデンサの充電電圧を一定値に制限するツェナダイオードをコンデンサに対して並列に接続し、イオン電流を検出するための電流検出用抵抗器を順方向ダイオードに対して並列に接続している。そして、二次電流経路に流れる電流によって、コンデンサに充電を行うと共に、点火プラグにおける一対の電極間にスパークを発生させ、コンデンサにおける電圧変化を検出することにより、スパーク発生後に正常に燃焼が行われたときに生ずるイオン電流の有無を検出している。

しかしながら、上記特許文献１のイオン電流検出装置等においては、エンジンの燃焼サイクルにおいて、スパークを発生させたスパークプラグにおける一対の電極間に発生するイオン電流を検出している。そのため、イオン電流の検出精度が、スパークを発生させた後に二次電流経路に残留する磁気による電流ノイズの影響を受けるおそれがある。これにより、エンジンの回転数、負荷等の運転条件によっては、イオン電流の検出を行うことが困難になり、イオン電流の検出が可能な運転条件の制約が厳しくなっていた。
なお、特許文献２においては、エンジンの気筒において多点点火を行う点火制御装置が開示されている。この点火制御装置においては、点火制御において、多点点火を行う期間と、一点点火を行う期間とを設けることが開示されている。しかしながら、特許文献２においては、イオン電流の検出を行う構成については何ら開示されていない。

特開平１１−３７０３１号公報 特開２００５−１５５５４６号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、イオン電流の検出を行うことができるエンジンの回転数、負荷等の運転条件の制約を緩和することができ、イオン電流の検出可能条件を拡大することができるエンジンの多点点火制御装置を提供しようとするものである。

本発明は、エンジンにおける気筒の複数箇所に設けたスパークプラグの一対の電極間に、点火コイルによってスパークを発生させるよう構成した多点点火制御装置であって、
上記エンジンの燃焼サイクルにおいて、上記点火コイルのスイッチング制御を行い、上記複数のスパークプラグの一対の電極間にスパークを発生させ、該スパークによって上記気筒内における可燃性ガスへの多点点火を行う多点点火制御動作と、
上記燃焼サイクルにおいて、上記複数のスパークプラグのうちのいずれかのスパークプラグによって上記可燃性ガスへの点火を行うと共に、上記複数のスパークプラグのうち上記可燃性ガスへの点火を休止した点火休止スパークプラグを用いて、上記可燃性ガスの燃焼後に上記一対の電極間を流れるイオン電流の検出を行うイオン電流検出制御動作とを切り替えて行うよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置にある（請求項１）。

本発明の多点点火制御装置においては、上記多点点火制御動作とイオン電流検出制御動作とを切り替えて行うよう構成し、イオン電流検出制御動作において、点火を休止した点火休止スパークプラグを用いてイオン電流の検出を行うことができる。
これにより、多点点火を行わないエンジンの運転領域（運転条件）においては、イオン電流検出制御動作を行って、点火に使用しないスパークプラグを用いてイオン電流の検出を行うことができる。そのため、イオン電流の検出精度が、この検出に用いるスパークプラグにおいて自らスパークを発生させたことによって残留する磁気による電流ノイズの影響を受けることを防止することができる。そして、イオン電流の検出精度が受ける影響は、残りの隣接する点火コイルによって生じる電流ノイズから受ける影響のみにすることができる。

それ故、本発明のエンジンの多点点火制御装置によれば、イオン電流の検出を行うことができるエンジンの回転数、負荷等の運転条件の制約を緩和することができ、イオン電流の検出可能条件を拡大することができる。

上述した本発明のエンジンの多点点火制御装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記多点点火制御装置は、上記多点点火制御動作においては、上記複数のスパークプラグによって時間差を形成してスパークを発生させるよう構成し、上記イオン電流検出制御動作においては、上記多点点火制御において最後にスパークを発生させるスパークプラグを上記点火休止スパークプラグとして、上記イオン電流の検出を行うよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、点火休止スパークプラグによるイオン電流の検出精度が、複数のスパークプラグのうち点火に使用するスパークプラグによって生じた電流ノイズから受ける影響を最小限にすることができる。

また、上記多点点火制御装置は、上記多点点火制御動作においては、上記燃焼サイクルにおける圧縮工程において上記複数のスパークプラグによる上記多点点火を行うよう構成し、上記イオン電流検出制御動作においては、上記圧縮工程において上記いずれかのスパークプラグによる点火を行うと共に、上記圧縮工程を除く燃焼・膨張工程、排気工程又は吸気工程において、上記点火休止スパークプラグによる上記イオン電流の検出を行うよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、燃焼・膨張工程、排気工程又は吸気工程において、イオン電流の検出を行うことにより、イオン電流の検出を行うために点火休止スパークプラグを接続した点火コイルの二次コイルに加わった電圧によってスパークが発生して、気筒内における可燃性ガスが点火されてしまうことを防止することができる。これにより、イオン電流の検出に誤動作が生じることを防止することができる。

また、上記多点点火制御装置は、上記イオン電流検出制御動作においては、上記燃焼・膨張工程において、上記気筒内における燃焼圧のピーク発生後に、上記点火休止スパークプラグによる上記イオン電流の検出を開始するよう構成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、可燃性ガスの燃焼が行われた後に、イオン電流の検出を開始することができ、イオン電流の検出精度をより向上させることができる。

また、上記複数のスパークプラグには、一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルをそれぞれ接続し、該各点火コイルにおける一次コイルには、該一次コイルへの通電及びその遮断を行うためのスイッチング素子をそれぞれ接続し、上記点火休止スパークプラグに接続した点火コイルにおける二次コイルには、該二次コイルに流れる電流によって所定の電圧に充電を行うよう構成したコンデンサと、該コンデンサにおける電荷を放電させる抵抗とを直列に接続し、上記多点点火制御装置は、上記イオン電流検出制御動作において、上記イオン電流の検出を、上記所定の電圧に充電された後の上記コンデンサにおける放電による電圧降下の状態を計測することによって行うよう構成することが好ましい（請求項５）。
この場合には、コンデンサを用いてイオン電流を検出するための所定の電圧を発生させることができ、イオン電流の検出を行うための回路構成を簡単にすることができる。

以下に、本発明のエンジンの多点点火制御装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のエンジンの多点点火制御装置１は、図１に示すごとく、エンジンにおける気筒７の複数箇所に設けたスパークプラグ３の一対の電極間に、点火コイル２によってスパークを発生させるよう構成してある。多点点火制御装置１は、気筒７における多点点火を行う多点点火制御動作と、イオン電流の検出を行うイオン電流検出制御動作とを切り替えて行うよう構成してある。

多点点火制御装置１は、多点点火制御動作においては、エンジンの燃焼サイクルにおいて、点火コイル２のスイッチング制御を行い、複数のスパークプラグ３の一対の電極間にスパークを発生させ、このスパークによって気筒７内における可燃性ガスへの多点点火を行うよう構成してある。また、多点点火制御装置１は、イオン電流検出制御動作においては、燃焼サイクルにおいて、複数のスパークプラグ３のうちのいずれかのスパークプラグ３によって可燃性ガスへの点火を行うと共に、複数のスパークプラグ３のうち可燃性ガスへの点火を休止した点火休止スパークプラグ３Ｂを用いて、可燃性ガスの燃焼後に一対の電極間を流れるイオン電流の検出を行うよう構成してある。

以下に、本例のエンジンの多点点火制御装置１につき、図１、図２を参照して詳説する。
図１は、多点点火制御装置１の回路構成を示す図である。同図に示すごとく、本例のエンジンは、複数の気筒７を有するレシプロエンジンであり、各気筒７には、スパークプラグ３を備えた点火コイル２が２つずつ配設してある。
各気筒７において、２つのスパークプラグ３には、一次コイル２１及び二次コイル２２を備えた点火コイル２がそれぞれ接続してあり、各点火コイル２における一次コイル２１には、一次コイル２１への通電及びその遮断を行うためのスイッチング素子４１を備えたスイッチング制御回路４がそれぞれ接続してある。イオン電流を検出するためのイオン電流検出回路５は、点火休止スパークプラグ３Ｂを接続した点火コイル２における二次コイル２２に接続してある。

本例の多点点火制御装置１は、多点点火制御動作において、２つのスパークプラグ３によって時間差（位相差）を形成してスパークを発生させる（時間差点火を行う）よう構成してある。また、多点点火制御装置１は、イオン電流検出制御動作において、多点点火制御において後からスパークを発生させるスパークプラグ３を点火休止スパークプラグ３Ｂとして、イオン電流の検出を行うよう構成してある。本例のイオン電流検出回路５は、時間差点火における後からスパークを発生させる側の点火コイル２の二次コイル２２にのみ接続してある。なお、イオン電流検出回路５は、すべての点火コイル２に対応して、各二次コイル２２に接続しておくこともできる。

多点点火制御装置１は、エンジンの始動時（低温時）、排気ガス再循環（燃焼後の排気ガスの一部を吸気側へ導いて再度吸気させる方法）等を行う際に、多点点火制御動作を行うことができる。また、多点点火制御装置１は、通常の運転状態においては、一点点火制御を行うことができ、この一点点火制御を行う際には、イオン電流検出制御動作を行うことができる。イオン電流検出制御動作においてイオン電流の検出を行うことにより、プレイグニション（早期着火）等（図２の符号Ｂ参照）の発生を検知することができる。
また、エンジン制御回路（ＥＣＵ）６においては、イオン電流の発生の有無を検出することにより、気筒７において燃焼が正常に行われたか否かを検知することができる。

図１に示すごとく、イオン電流検出回路５は、二次コイル２２に接続したコンデンサ５１と、コンデンサ５１に並列に接続したツェナダイオード（低電圧ダイオード）５２と、コンデンサ５１とグラウンドとの間に接続した抵抗５３と、コンデンサ５１とグラウンドとの間に接続したダイオード（本例ではツェナダイオード）５４と、コンデンサ５１と抵抗５３との間の電圧をイオン電流の出力電圧Ｖとして増幅し、エンジン制御回路６へ送信する増幅回路５５とを備えている。

コンデンサ５１は、二次コイル２２に流れる電流によってツェナダイオード５２による所定の電圧に充電を行うよう構成してある。点火休止スパークプラグ３Ｂにおいてスパークを発生させるときには、ツェナダイオード５２及びダイオード５４を介して二次コイル２２における電流を流すことができる。また、点火休止スパークプラグ３Ｂにおいてイオン電流の検出を行うときには、コンデンサ５１が所定の電圧に充電された後、コンデンサ５１における電荷が抵抗５３の抵抗値に応じた速度で放電される。このとき、イオン電流が発生したときには、コンデンサ５１と抵抗５３との間の電圧が変化する。そして、この電圧の変化を増幅回路５５によって増幅してエンジン制御回路６に取り込み、イオン電流の発生を検知することができる。

エンジン制御回路６によって、各スイッチング素子４１Ａ、Ｂには、所定のタイミングで点火信号Ｃ１、Ｃ２が送信されるよう構成されている。
多点点火制御動作においては、燃料サイクルの圧縮工程において、２つのスイッチング素子４１Ａ、Ｂへ点火信号Ｃ１、Ｃ２が送信され、２つのスイッチング素子４１Ａ、Ｂへの点火信号Ｃ１、Ｃ２の送信停止時に時間差を設けることによって、位相差多点点火が行われる。
イオン電流検出制御動作においては、燃料サイクルの圧縮工程において、先に点火を行う側のスイッチング素子４１Ａへ先の点火信号Ｃ１が送信された後、燃焼・膨張工程において、後に点火を行う側のスイッチング素子４１Ｂへ後の点火信号（充電用の点火信号）Ｃ２が送信される。

図２は、２つのスイッチング素子４１Ａ、Ｂへの点火信号Ｃ１、Ｃ２の送信タイミングと、検出されるイオン電流による出力電圧Ｖ及び気筒７内の燃焼圧Ｐの時間変化を示す図である。
同図からわかるように、本例のイオン電流検出制御動作においては、気筒７におけるピストンがＴＤＣ（上死点）に到達し、気筒７内の燃焼圧Ｐがピークに到達した後に、後に点火を行う側（イオン電流の検出に使用する側）のスイッチング素子４１Ｂへの点火信号Ｃ２の送信を開始する。
なお、気筒７内の燃焼圧Ｐは、気筒７に設けた燃焼圧センサによって測定することができる。また、燃焼圧Ｐの測定は、先に点火を行うスパークプラグ３Ａの一対の電極間に流れるイオン電流を監視することによって行うことも可能である。

イオン電流による出力電圧Ｖにおいては、後に点火を行う側のスイッチング素子４１Ｂへの送信開始時（図２の符号Ａ１参照）には、一次コイル２１への通電開始時に二次コイル２２に生じるＯＮ電圧Ｖ１が出力され、後に点火を行う側のスイッチング素子４１Ｂへの送信終了時（図２の符号Ａ２参照）には、一次コイル２１への通電遮断時に二次コイル２２に生じるＯＦＦ電圧Ｖ２が出力され、このＯＦＦ電圧Ｖ２の発生後にイオン電流による電圧Ｖ３が出力される。そして、ＯＦＦ電圧Ｖ２の発生後がイオン電流の検出可能期間の開始時となる。

また、後に点火を行う側のスイッチング素子４１Ｂへの後の点火信号（充電用の点火信号）Ｃ２の送信終了時は、吸気バルブが開く前、すなわち排気工程の終了時以前（吸気工程以前）に設定することができる。これにより、可燃性ガスが気筒７内に吸入される前に、点火信号Ｃ２の送信を終了することにより、イオン電流の検出を行うためにコンデンサ５１に充電された電圧によってスパークが発生して、気筒７内における可燃性ガスが点火されてしまうことを防止することができ、イオン電流の検出における誤動作を防止することができる。この場合は、特に、ポート噴射（ＰＦＩ）型のエンジンに適用することができる。

また、特に、気筒７内へ直接燃料を噴射させるよう構成した直噴エンジンにおいては、後に点火を行う側のスイッチング素子４１Ｂへの後の点火信号（充電用の点火信号）Ｃ２の送信終了時は、吸気工程における燃料の噴射開始前に設定することができる。これによっても、可燃性ガスが気筒７内に吸入される前に、点火信号Ｃ２の送信を終了し、イオン電流の検出における誤動作を防止することができる。

本例の多点点火制御装置１においては、多点点火制御動作とイオン電流検出制御動作とを切り替えて行うよう構成し、イオン電流検出制御動作において、点火を休止した点火休止スパークプラグ３Ｂを用いてイオン電流の検出を行うことができる。
これにより、多点点火を行わないエンジンの運転領域（運転条件）においては、イオン電流検出制御動作を行って、点火に使用しないスパークプラグ３Ｂを用いてイオン電流の検出を行うことができる。そのため、イオン電流の検出精度が、この検出に用いるスパークプラグ３Ｂにおいて自らスパークを発生させたことによって残留する磁気による電流ノイズの影響を受けることを防止することができる。そして、イオン電流の検出精度が受ける影響は、残りの隣接する点火コイル２によって生じる電流ノイズから受ける影響のみにすることができる。

それ故、本例のエンジンの多点点火制御装置１によれば、イオン電流の検出を行うことができるエンジンの回転数、負荷等の運転条件の制約を緩和することができ、イオン電流の検出可能条件を拡大することができる。
また、上記点火休止スパークプラグ３Ｂによるイオン電流の検出を行うことによって、気筒７内の燃焼圧Ｐを検知することもでき、イオン電流の検出を行うことにより、燃焼圧センサと同等の機能を持たせることができる。

実施例における、多点点火制御装置の回路構成を示す説明図。 実施例における、多点点火制御装置において行うイオン電流検出制御動作を示すタイムチャート。

符号の説明

１ 多点点火制御装置
２ 点火コイル
２１ 一次コイル
２２ 二次コイル
３ スパークプラグ
３Ｂ 点火休止スパークプラグ
４ スイッチング制御回路
５ イオン電流検出回路
５１ コンデンサ
５２ ツェナダイオード
５３ 抵抗
６ エンジン制御回路（ＥＣＵ）
７ 気筒

Claims (5)

1. エンジンにおける気筒の複数箇所に設けたスパークプラグの一対の電極間に、点火コイルによってスパークを発生させるよう構成した多点点火制御装置であって、
   上記エンジンの燃焼サイクルにおいて、上記点火コイルのスイッチング制御を行い、上記複数のスパークプラグの一対の電極間にスパークを発生させ、該スパークによって上記気筒内における可燃性ガスへの多点点火を行う多点点火制御動作と、
   上記燃焼サイクルにおいて、上記複数のスパークプラグのうちのいずれかのスパークプラグによって上記可燃性ガスへの点火を行うと共に、上記複数のスパークプラグのうち上記可燃性ガスへの点火を休止した点火休止スパークプラグを用いて、上記可燃性ガスの燃焼後に上記一対の電極間を流れるイオン電流の検出を行うイオン電流検出制御動作とを切り替えて行うよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置。
2. 請求項１において、上記多点点火制御動作においては、上記複数のスパークプラグによって時間差を形成してスパークを発生させるよう構成してあり、
   上記イオン電流検出制御動作においては、上記多点点火制御において最後にスパークを発生させるスパークプラグを上記点火休止スパークプラグとして、上記イオン電流の検出を行うよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置。
3. 請求項１又は２において、上記多点点火制御動作においては、上記燃焼サイクルにおける圧縮工程において上記複数のスパークプラグによる上記多点点火を行うよう構成してあり、
   上記イオン電流検出制御動作においては、上記圧縮工程において上記いずれかのスパークプラグによる点火を行うと共に、上記圧縮工程を除く燃焼・膨張工程、排気工程又は吸気工程において、上記点火休止スパークプラグによる上記イオン電流の検出を行うよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置。
4. 請求項３において、上記イオン電流検出制御動作においては、上記燃焼・膨張工程において、上記気筒内における燃焼圧のピーク発生後に、上記点火休止スパークプラグによる上記イオン電流の検出を開始するよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記複数のスパークプラグには、一次コイル及び二次コイルを備えた点火コイルがそれぞれ接続してあり、
   該各点火コイルにおける一次コイルには、該一次コイルへの通電及びその遮断を行うためのスイッチング素子がそれぞれ接続してあり、
   上記点火休止スパークプラグに接続した点火コイルにおける二次コイルには、該二次コイルに流れる電流によって所定の電圧に充電を行うよう構成したコンデンサと、該コンデンサにおける電荷を放電させる抵抗とが直列に接続してあり、
   上記多点点火制御装置は、上記イオン電流検出制御動作において、上記イオン電流の検出は、上記所定の電圧に充電された後の上記コンデンサにおける放電による電圧降下の状態を計測することによって行うよう構成してあることを特徴とするエンジンの多点点火制御装置。

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