JP2011117334A - Combustion control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control device of an internal combustion engine, which can cope with a request of reduction in fuel consumption of an automobile. <P>SOLUTION: The device includes a control unit for controlling a current supplying operation of a primary coil of an ignition coil, and a control map MP1 for defining a target value of a coil current supplying time period of the primary coil, depending on an operating condition of the internal combustion engine. The control unit ECU includes a determination means (ST13 to ST14) for determining the adequacy of a combustion state of air-fuel mixture during each ignition cycle, a combustion control means (ST18 and ST19) for executing a combustion operation of the subsequent ignition cycle so that a suitable combustion state can be achieved corresponding to the combustion state determined by the determination means, and a current supply control means (ST15, ST17 and ST11) for executing a current supply operation by specifying a target value TG in the subsequent ignition cycle, while referring to the control map MP1 based on the operating state, and for setting the coil current supplying time period so as to be below the target value when the determination means determined to be a non-suitable combustion state. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、点火コイルのコイル通電時間を最適に制御して、自動車の燃費低減の効果を高めた燃焼制御装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion control device that optimally controls the coil energization time of an ignition coil to enhance the effect of reducing the fuel consumption of an automobile.

近年、自動車の燃費低減の要求が益々高まっている。しかし、従来の自動車エンジンでは、点火プラグを点火放電させる点火コイルのコイル通電時間は、エンジン回転数と、バッテリ電圧とに基づいて一義的に決定されているに過ぎなかった。そして、コイル通電時間が短すぎると、点火コイルの二次出力が不足して燃焼悪化を招くので、余裕をもってコイル通電時間を長く設定するのが実情であり、具体的には、コイルの発熱限界から規定される最大の通電時間に設定されていた。そのため、この余分なコイル通電時間中の消費電力が、燃費低減の要請に反するものとなっていた。   In recent years, demands for reducing fuel consumption of automobiles are increasing. However, in the conventional automobile engine, the coil energization time of the ignition coil for igniting and discharging the spark plug is simply determined based on the engine speed and the battery voltage. And if the coil energization time is too short, the secondary output of the ignition coil will be insufficient and the combustion will deteriorate, so it is a reality to set the coil energization time long enough, specifically, the heat generation limit of the coil The maximum energization time specified from Therefore, the power consumption during this extra coil energization time is against the demand for fuel consumption reduction.

ここで、燃費低減の要請に適切に応えるには、通常の運転時に加えて、EGR制御やリーンバーン制御時にも、燃焼状態を悪化させることなく、コイル通電時間を最適に設定することが極めて重要である。   Here, in order to appropriately respond to the demand for reduction in fuel consumption, it is extremely important to set the coil energization time optimally without deteriorating the combustion state during EGR control and lean burn control in addition to during normal operation. It is.

特開2006−083797号公報JP 2006-08397A 特開2008−121582号公報JP 2008-121582 A

しかるに、このような要請に応える発明は知られていない。なお、エンジン始動時の燃焼制御方法(特許文献1)や、リーンバーン運転時の燃焼制御方法(特許文献2)は知られているが、コイル通電時間を最適化しているものではない。   However, an invention that meets such a demand is not known. In addition, although the combustion control method at the time of engine starting (patent document 1) and the combustion control method at the time of lean burn operation (patent document 2) are known, the coil energization time is not optimized.

例えば、特許文献1の発明では、エンジン始動時は、クランク軸が所定角度回転する毎に回転時間を算出して、次の所定角度区間の回転時間を予測しつつ、点火開始タイミングを決定しているだけであり、コイル通電時間を最適化するものではない。   For example, in the invention of Patent Document 1, when starting the engine, the rotation time is calculated every time the crankshaft rotates by a predetermined angle, and the ignition start timing is determined while predicting the rotation time of the next predetermined angle section. It does not optimize the coil energization time.

また、特許文献2の発明では、リーンバーン運転時に、トルク変動が所定値以下の通常時には、点火エネルギー制御によりトルク変動を抑制するものの、トルク変動が所定値を超える場合には、点火エネルギーを最大値に固定して、空燃比制御によりトルク変動を抑制しており、コイル通電時間を最適制御していない。そして、空燃比制御を採る限り、燃焼悪化時には燃料噴射量が増加するので燃費改善が望めない。   Also, in the invention of Patent Document 2, during lean burn operation, the torque fluctuation is suppressed by the ignition energy control in the normal time when the torque fluctuation is equal to or less than a predetermined value, but when the torque fluctuation exceeds the predetermined value, the ignition energy is maximized. The torque fluctuation is suppressed by air-fuel ratio control with the value fixed, and the coil energization time is not optimally controlled. As long as the air-fuel ratio control is adopted, the fuel injection amount increases at the time of deterioration of combustion, so that improvement in fuel consumption cannot be expected.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、自動車の燃費低減の要請により確実に応えることができる燃焼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-described problems, and an object of the present invention is to provide a combustion control device that can reliably respond to a request for reduction in fuel consumption of an automobile.

上記の目的を達成するため、本発明では、一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、一次コイルの通電動作を制御する制御部と、一次コイルの通電遮断時に二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火放電して混合気を燃焼させる点火プラグと、一次コイルのコイル通電時間の目標値を、内燃機関の運転状態毎に規定する制御マップと、を有して構成され、前記制御部には、各点火サイクルにおいて、混合気の燃焼状態の適否を判定する判定手段と、前記判定手段で判定された燃焼状態に対応して、良好な燃焼状態が実現されるよう次回の点火サイクルの燃焼動作を実行する燃焼制御手段と、運転状態に基づいて前記制御マップを参照して、次回の点火サイクルにおける前記目標値を特定し、前記判定手段が判定する燃焼状態の非良好時には、前記目標値を下回るようコイル通電時間を設定して前記通電動作を実行する通電制御手段と、を有して構成されている。   In order to achieve the above object, in the present invention, an ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, a control unit for controlling energization operation of the primary coil, and generated in the secondary coil when the energization of the primary coil is cut off. An ignition plug that ignites and discharges the air-fuel mixture based on the induced voltage, and a control map that defines a target value for the coil energization time of the primary coil for each operating state of the internal combustion engine, In the ignition unit, in each ignition cycle, determination means for determining the suitability of the combustion state of the air-fuel mixture, and the next time in order to realize a good combustion state corresponding to the combustion state determined by the determination means Combustion control means for executing the combustion operation of the ignition cycle, and the combustion state determined by the determination means by specifying the target value in the next ignition cycle with reference to the control map based on the operating state Non The good time, and is configured with a, energizing control means for performing the power supply operation by setting the coil energization time to below the target value.

定常運転時における前記目標値は、点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値と、運転状態毎に規定される、点火プラグが放電可能なコイル通電時間の下限値との間に設定されるのが好ましい。一方、過渡動作時における前記目標値は、点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値に設定されるのが好ましい。   The target value at the time of steady operation is the upper limit value of the coil energization time specified for each operation state based on the heat generation limit of the ignition coil, and the coil energization time that can be discharged by the spark plug, specified for each operation state. It is preferable to be set between the lower limit value and the lower limit value. On the other hand, it is preferable that the target value during the transient operation is set to an upper limit value of the coil energization time defined for each operation state based on the heat generation limit of the ignition coil.

また、定常運転時における前記目標値は、点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値と、燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値との間に設定されるのが好適である。   Further, the target value in the steady operation is based on the upper limit value of the coil energization time specified for each operation state based on the heat generation limit of the ignition coil, and the optimum value of the coil energization time at which the fuel consumption rate becomes the minimum value. It is preferable to set between the two.

内燃機関の運転状態毎に規定する制御マップは、好ましくは、定常運転時用の制御マップとは別に、冷機始動時用の制御マップが設けるべきである。また、燃焼状態の適否は、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量、又は、燃焼室のイオン発生を示すイオン信号に基づいて判定されるのが好ましい。   The control map defined for each operation state of the internal combustion engine should preferably be provided with a control map for cold start, separately from the control map for steady operation. The suitability of the combustion state is preferably determined on the basis of a pressure signal indicating fluctuations in pressure in the combustion chamber, a fluctuation amount in the rotational speed of the internal combustion engine, or an ion signal indicating generation of ions in the combustion chamber.

ここで、前記イオン信号を検出するイオン検出回路IONは、第一コンデンサC1及び第一ツェナーダイオードZD1を有し、前記点火プラグの放電時に、前記二次コイルの高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードZD1の降伏電圧に対応して前記第一コンデンサC1が充電されるバイアス回路と、前記第一コンデンサC1の放電電流を検出する電流検出回路と、を有して構成され、前記第一コンデンサC1の両端に、補助コンデンサC2及び補助ダイオードD4の直列回路を並列接続して、前記点火プラグの放電時に、前記補助コンデンサC2が充電されると共に、前記第一コンデンサC1が、前記補助ダイオードを経由して充電されるようイオン検出回路が構成されるのが好適である。   Here, the ion detection circuit ION that detects the ion signal includes a first capacitor C1 and a first Zener diode ZD1, and the first Zener is based on a high voltage of the secondary coil when the spark plug is discharged. A bias circuit that charges the first capacitor C1 in response to a breakdown voltage of the diode ZD1, and a current detection circuit that detects a discharge current of the first capacitor C1; A series circuit of an auxiliary capacitor C2 and an auxiliary diode D4 is connected in parallel to both ends of the battery, and when the spark plug is discharged, the auxiliary capacitor C2 is charged, and the first capacitor C1 passes through the auxiliary diode. It is preferable that the ion detection circuit is configured so as to be charged.

上記した本発明によれば、燃焼制御動作と共にコイル通電時間を制御するので燃費改善の効果を大幅に高めることができる。   According to the present invention described above, since the coil energization time is controlled together with the combustion control operation, the effect of improving the fuel consumption can be greatly enhanced.

本発明の制御パラメータを説明する図面である。It is drawing explaining the control parameter of this invention. 燃焼制御装置の概略構成を図示したものである。1 schematically illustrates the structure of a combustion control device. 燃焼制御装置の動作内容を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation | movement content of a combustion control apparatus. イオン検出回路の動作内容を説明する図面である。It is drawing explaining the operation | movement content of an ion detection circuit. イオン検出回路の動作内容を説明する別の図面である。It is another drawing explaining the operation | movement content of an ion detection circuit. イオン検出回路の動作内容を説明する更に別の図面である。It is another drawing explaining the operation | movement content of an ion detection circuit. イオン検出回路の動作内容を説明する更に別の図面である。It is another drawing explaining the operation | movement content of an ion detection circuit.

以下、4サイクルエンジンに関する実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment relating to a four-cycle engine.

本実施例では、完成したエンジンについて、通常の燃焼制御を実施しつつ以下の制御パラメータ(1)〜(5)を先ず特定する。なお、通常の燃焼制御には、空燃比制御に限らず、EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御やリーン燃焼制御など各種の燃焼制御が含まれる。   In the present embodiment, the following control parameters (1) to (5) are first specified for the completed engine while performing normal combustion control. The normal combustion control includes not only air-fuel ratio control but also various combustion controls such as EGR (Exhaust Gas Recirculation) control and lean combustion control.

[(1)コイル通電時間TMの下限値]
エンジン回転数Niとバッテリ電圧Bjとを規定した状態(Ni,Bj)で、運転負荷を種々変化させ、各運転状態において、点火プラグが放電可能なコイル通電時間TMの下限値TM(min)を特定する。
[(1) Lower limit value of coil energization time TM]
In a state where the engine speed Ni and the battery voltage Bj are defined (Ni, Bj), the operating load is variously changed, and in each operating state, the lower limit value TM (min) of the coil energization time TM that the spark plug can discharge is set. Identify.

ここで、コイル通電時間TMとは、点火コイルの一次コイルの通電開始から通電終了までの経過時間を意味し、通電終了時(つまり点火コイル遮断時)に、二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火プラグが点火放電する。そして、一次コイルの通電中は、一次電流がほぼ直線的に増加するので、コイル通電時間TMに対応して、点火コイル遮断時における二次コイルの誘起電圧が規定される。   Here, the coil energization time TM means the elapsed time from the start of energization of the primary coil of the ignition coil to the end of energization, and the induced voltage generated in the secondary coil at the end of energization (that is, when the ignition coil is shut off). Based on this, the spark plug is ignited and discharged. Since the primary current increases almost linearly during energization of the primary coil, the induced voltage of the secondary coil when the ignition coil is shut off is defined corresponding to the coil energization time TM.

コイル通電時間の下限値を特定するための運転負荷は、例えば、吸入空気量Pkで特定され、吸入空気量Pkは、燃焼室の圧力を検出する筒内圧力センサや、吸気圧センサの出力値に基づいて判定される。一般に、低負荷時は、点火プラグを放電させるに要する二次コイルの誘起電圧(要求電圧)が低いが、高負荷時には、圧縮圧の増加、及び、気筒内流速の増加に対応して要求電圧が高くなる。なお、この要求電圧は、点火プラグの状態によって大きく左右されるので、使用可能であるがワースト状態の点火プラグを使用して、エンジン回転数Niとバッテリ電圧Bjと吸入空気量Pkとに対応して、コイル通電時間の下限値TM(min)を三次元マップに特定する。   The operation load for specifying the lower limit value of the coil energization time is specified by, for example, the intake air amount Pk, and the intake air amount Pk is the output value of the in-cylinder pressure sensor for detecting the pressure of the combustion chamber or the intake pressure sensor. It is determined based on. Generally, when the load is low, the induced voltage (required voltage) of the secondary coil required to discharge the spark plug is low, but when the load is high, the required voltage corresponds to the increase in the compression pressure and the increase in the cylinder flow velocity. Becomes higher. Since this required voltage greatly depends on the state of the spark plug, it can be used but corresponds to the engine speed Ni, the battery voltage Bj, and the intake air amount Pk using the worst spark plug. Then, the lower limit value TM (min) of the coil energization time is specified in the three-dimensional map.

[(2)コイル通電時間TMの上限値]
また、使用する点火コイルの発熱限界に基づいて、コイル通電時間の上限値TM(max)を特定する。この特定処理においては、エンジン回転数Niとバッテリ電圧Bjとが規定された定常運転状態(Ni,Bj)において、コイル通電時間TMを増加させて、点火コイルが発熱限界(例えば120℃雰囲気中、コイル温度160℃)に達するコイル通電時間の上限値TM(max)を特定する。
[(2) Upper limit of coil energization time TM]
Further, the upper limit value TM (max) of the coil energization time is specified based on the heat generation limit of the ignition coil to be used. In this specific process, in the steady operation state (Ni, Bj) in which the engine speed Ni and the battery voltage Bj are defined, the coil energization time TM is increased so that the ignition coil is within the heat generation limit (for example, in a 120 ° C. atmosphere, The upper limit value TM (max) of the coil energization time to reach the coil temperature of 160 ° C. is specified.

図1(a)は、コイル通電時間が長いほど、コイル温度が増加する状態を例示したものであり、発熱限界から通電限界が規定される。また、図1(b)に示すように、エンジン回転数Niが増加すると、何れのバッテリ電圧Bjにおいても通電限界が減少傾向となる。   FIG. 1A illustrates a state where the coil temperature increases as the coil energization time is longer, and the energization limit is defined from the heat generation limit. Further, as shown in FIG. 1B, when the engine speed Ni increases, the energization limit tends to decrease at any battery voltage Bj.

[(3)コイル通電時間TMの最適値]
また、エンジン回転数Niとバッテリ電圧Bjとが規定された状態(Ni,Bj)で、コイル通電時間の上限値TM(max)と下限値TM(min)の範囲内で、コイル通電時間TMを変化させて、燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値TM(bst)を運転状態毎に特定する。なお、燃料消費率は、例えば、燃料消費率=燃料消費量/出力トルクによって判定される(図1(c)参照)。
[(3) Optimum value of coil energization time TM]
In addition, when the engine speed Ni and the battery voltage Bj are defined (Ni, Bj), the coil energization time TM is set within the range of the upper limit value TM (max) and the lower limit value TM (min) of the coil energization time. The optimum value TM (bst) of the coil energization time at which the fuel consumption rate becomes the minimum value is specified for each operating state. The fuel consumption rate is determined by, for example, fuel consumption rate = fuel consumption / output torque (see FIG. 1C).

ここで、運転状態は、エンジン回転数Ni、バッテリ電圧Bj、及び吸入空気量Pkだけでなく、空燃比制御やEGR制御などの燃焼制御量も加味して特定される。   Here, the operating state is specified in consideration of not only the engine speed Ni, the battery voltage Bj, and the intake air amount Pk but also the combustion control amount such as air-fuel ratio control and EGR control.

[(4)コイル通電時間TMの制御目標値]
一般には、フィードバック制御におけるコイル通電時間TMの制御目標値TGは、上記(3)で検出した最適値TM(bst)に設定するのが好ましいとも考えられる。しかし、例えば、急加速動作が要求される過渡動作時に、エンジン負荷の急増に対応してコイル通電時間を上限値に変更しようとしても、最適値から上限値まで、通電時間を大幅かつ急激に変化させることはできない。これは、通電終了タイミングは、点火タイミングであって、他の動作パラメータから決定されるところ、急加速動作であると判定されたタイミングでは、そのコイル通電時間を確保するための通電開始タイミングが経過していることがあるからである。
[(4) Control target value of coil energization time TM]
In general, it is considered that the control target value TG of the coil energization time TM in feedback control is preferably set to the optimum value TM (bst) detected in (3) above. However, for example, during a transient operation that requires rapid acceleration, even if the coil energization time is changed to the upper limit in response to a sudden increase in engine load, the energization time changes drastically and rapidly from the optimum value to the upper limit. I can't let you. This is the energization end timing, which is the ignition timing, and is determined from other operating parameters. At the timing determined to be the rapid acceleration operation, the energization start timing for ensuring the coil energization time has elapsed. It is because there are things that are doing.

そこで、本実施例では、コイル通電時間の制御目標値TGは、コイル通電時間の上限値TM(max)と最適値TM(bst)との間で、実験的に確定される所定量βだけ増加させたTM(bst)+βに設定される。なお、目標値TGと最適値TM(bst)との差異βの分だけ、燃費改善の効果は低減するが、定常的にコイル通電時間の上限値TM(max)で運転している従来機器に比べれば、大幅な燃費改善が実現される。   Therefore, in this embodiment, the control target value TG of the coil energization time is increased by a predetermined amount β experimentally determined between the upper limit value TM (max) and the optimum value TM (bst) of the coil energization time. Set to TM (bst) + β. In addition, although the effect of fuel consumption improvement is reduced by the difference β between the target value TG and the optimum value TM (bst), the conventional apparatus that is constantly operating at the upper limit value TM (max) of the coil energization time is used. Compared to this, a significant improvement in fuel consumption is realized.

[(5)始動時におけるコイル通電時間TMの最適値]
コイル温度が上昇していない始動時であって、且つ、外気温が所定値を超えていない場合には、上記した定常運転状態で特定したコイル通電時間TMの上限値TM(max)を超えて通電時間を延ばすことができる。
[(5) Optimum value of coil energization time TM at start-up]
When the coil temperature is not rising and the outside air temperature does not exceed a predetermined value, the coil energization time TM specified in the steady operation state exceeds the upper limit value TM (max). Energizing time can be extended.

そこで、(2)に規定されるコイル通電時間の上限値TM(max)にとらわれることなく、コイル通電時間の下限値TM(min)を上回る範囲で、燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値TM’(bst)を特定する。そして、この最適値TM’(best)を始動時の制御目標値TG’とする。   Therefore, the coil energization time at which the fuel consumption rate becomes the minimum value within the range exceeding the lower limit value TM (min) of the coil energization time without being limited by the upper limit value TM (max) of the coil energization time defined in (2). The optimum value TM ′ (bst) is specified. The optimum value TM ′ (best) is set as the control target value TG ′ at the start.

そして、このような始動時制御を実行する条件(冷却水温度や外気温度)と共に、始動時制御を終えるタイミングを実験的に確定しておく。ここで、始動時制御の終了タイミングは、電源電圧、回転数、外気温度、始動時からの経過時間などに基づいて決定されている。   Then, the timing for ending the start-up control is experimentally determined together with the conditions for executing the start-up control (cooling water temperature and outside air temperature). Here, the end timing of the start-time control is determined based on the power supply voltage, the rotation speed, the outside air temperature, the elapsed time from the start, and the like.

以上、本実施例で使用する制御パラメータの特定方法を説明したので、次に、これらの制御パラメータに基づいて制御動作を実行する燃焼制御装置について説明する。図2に示す通り、この燃焼制御装置は、イオン検出回路IONを設けた点火制御装置CTLと、電子制御装置(Electronic Control Unit)たるECUと、を中心に構成されている。図2に示す通り、ECUは、イオン検出回路IONからのイオン信号の他に、各種センサからの出力信号を受けることで、エンジン回転数、バッテリ電圧、冷却水温度、外気温度などをリアルタイムに把握するよう構成されている。   The method for specifying the control parameters used in the present embodiment has been described above. Next, a combustion control apparatus that executes a control operation based on these control parameters will be described. As shown in FIG. 2, this combustion control device is mainly configured by an ignition control device CTL provided with an ion detection circuit ION, and an ECU that is an electronic control unit (Electronic Control Unit). As shown in FIG. 2, the ECU grasps the engine speed, battery voltage, cooling water temperature, outside air temperature, etc. in real time by receiving output signals from various sensors in addition to the ion signal from the ion detection circuit ION. It is configured to

そして、ECUは、イオン検出回路や各種センサからの出力に基づいて、空燃比制御、EGR(Exhaust Gas Recirculation)制御、及びリーン燃焼制御など各種の燃焼制御を実行すると共に、コイル通電時間についての制御マップMP0,MP1を参照して、その時々の運転状態に対応して、適宜にコイル通電時間TMを制御して点火パルスSGを出力している。   The ECU executes various combustion controls such as air-fuel ratio control, EGR (Exhaust Gas Recirculation) control, and lean combustion control based on outputs from the ion detection circuit and various sensors, and controls the coil energization time. With reference to the maps MP0 and MP1, the ignition pulse SG is output by appropriately controlling the coil energization time TM in accordance with the operation state at that time.

なお、図2に示す点火パルスSGのHレベル区間がコイル通電時間TMであって、コイル通電時間TMの制御では、冷機始動時には制御マップMP0が使用され、その後の定常運転時には制御マップMP1が使用される。各制御マップMP0,MP1には、運転状態毎に、制御目標値TG,TG’と、通電上限値TM(max)と、通電下限値TM(min)とが規定されている。運転状態は、エンジン回転数Ni、バッテリ電圧Bj、及び吸入空気量Pkだけでなく、空燃比制御やEGR制御などの燃焼制御量も加味して特定されることは前記の通りである。   Note that the H level section of the ignition pulse SG shown in FIG. 2 is the coil energization time TM, and in the control of the coil energization time TM, the control map MP0 is used at the time of cold start, and the control map MP1 is used at the subsequent steady operation. Is done. In each of the control maps MP0 and MP1, control target values TG and TG ′, an energization upper limit value TM (max), and an energization lower limit value TM (min) are defined for each operation state. As described above, the operating state is specified in consideration of not only the engine speed Ni, the battery voltage Bj, and the intake air amount Pk but also the combustion control amount such as air-fuel ratio control and EGR control.

続いて、図3に示すタイムチャートに基づいてECUの制御動作を説明する。エンジンが始動されると、EUCは、最初に、始動時制御を実行するか否かを判定する(ST1)。この始動時制御は、コイル通電時間を、低温時のコイル発熱限界まで増加させることで、始動時(通常なら2〜3分)の不安定な燃焼状態を改善するものである。したがって、本実施例では、エンジンが冷えている冷機始動時には、外気温が例外的に高い場合を除き、必ず、始動時制御を実行するよう構成されている。   Next, the control operation of the ECU will be described based on the time chart shown in FIG. When the engine is started, the EUC first determines whether or not to perform start-up control (ST1). This startup control improves the unstable combustion state at startup (usually 2 to 3 minutes) by increasing the coil energization time to the coil heat generation limit at low temperatures. Therefore, in this embodiment, at the time of cold start when the engine is cold, the startup control is always executed unless the outside air temperature is exceptionally high.

そして、ステップST1の判定がYesであれば、次に、始動制御が終了させるか否かを、各種センサからの出力信号に基づいて判定する(ST2)。なお、始動制御を終える条件は、電源電圧、エンジン回転数、外気温度、始動時からの経過時間などに基づいて一義的に決定できるよう予め規定されている。   And if the determination of step ST1 is Yes, it will be determined next based on the output signal from various sensors whether start control is complete | finished (ST2). It should be noted that the conditions for finishing the start control are defined in advance so that they can be uniquely determined based on the power supply voltage, the engine speed, the outside air temperature, the elapsed time from the start, and the like.

そこで、始動制御を終える条件を満たす場合には、ステップST10に移行するが、始動制御を終える条件を満たしていない場合には、初期値として規定されているか、或いは、前回の点火動作後に規定されたコイル通電時間TMを把握する(ST3)。   Therefore, when the condition for ending the start control is satisfied, the process proceeds to step ST10. However, when the condition for ending the start control is not satisfied, it is defined as an initial value or defined after the previous ignition operation. The coil energization time TM is grasped (ST3).

ここで、点火パルスSGの終期は、点火プラグの点火タイミングとして一意に規定されるが、点火パルスSGの始期は、点火パルスの終期とコイル通電時間TMとを加算して確定される。そして、確定された始期タイミングで点火パルスSGをHレベルに遷移させ、コイル通電時間TM経過後(点火タイミング)に、点火パルスSGをLレベルに戻す(ST3)。   Here, the end of the ignition pulse SG is uniquely defined as the ignition timing of the spark plug, but the start of the ignition pulse SG is determined by adding the end of the ignition pulse and the coil energization time TM. Then, the ignition pulse SG is shifted to the H level at the determined initial timing, and after the coil energization time TM has elapsed (ignition timing), the ignition pulse SG is returned to the L level (ST3).

点火パルスSGがLレベルに変化すると、点火プラグが点火放電をして混合気が燃焼するので、その後、イオン信号に基づいて燃焼状態の適否を判定する(ST4〜ST5)。具体的には、イオン信号Voutの波形に基づいて、正常燃焼か、緩慢燃焼か、失火状態かが判定される。   When the ignition pulse SG changes to the L level, the spark plug performs ignition discharge and the air-fuel mixture burns. Thereafter, the suitability of the combustion state is determined based on the ion signal (ST4 to ST5). Specifically, based on the waveform of the ion signal Vout, it is determined whether the combustion is normal combustion, slow combustion, or misfire.

例えば、点火放電後の所定の判定区間における、(a)イオン信号の時間積分値、(b)イオン信号のピーク値、又は、(c)イオン信号が所定レベルを上回っている経過時間などを総合評価して燃焼状態が判定される。なお、(a)時間積分値が大きいこと、(b)イオン信号のピーク値が高いこと、(c)イオン信号が所定レベルを上回っている経過時間が長いことが、正常燃焼であることを示す判定要素となる。また、当該点火サイクルにおける判定要素だけでなく、これと近接する複数回の点火サイクルにおける判定要素も含めて総合評価するのが好適である。   For example, in a predetermined determination section after ignition discharge, (a) the time integral value of the ion signal, (b) the peak value of the ion signal, or (c) the elapsed time when the ion signal exceeds the predetermined level, etc. The combustion state is determined by evaluation. In addition, (a) the time integral value is large, (b) the peak value of the ion signal is high, and (c) the elapsed time that the ion signal exceeds the predetermined level is long, it indicates that the combustion is normal. It becomes a judgment element. In addition, it is preferable to comprehensively evaluate not only the determination element in the ignition cycle but also the determination element in a plurality of ignition cycles adjacent thereto.

上記のような燃焼判定の結果、燃焼状態が良好ではない場合には、冷機始動時用の制御目標値TG’を適宜に減算補正(TG’−Δ)することで、次回の点火サイクルにおけるコイル通電時間を決定する(ST6)。なお、減算補正(TG’−Δ)の結果が、通電下限値TM(min)を下回る場合は、通電下限値TM(min)を使用する。   If the combustion state is not good as a result of the combustion determination as described above, the coil in the next ignition cycle is appropriately subtracted and corrected (TG′−Δ) for the control target value TG ′ for cold start. The energization time is determined (ST6). When the result of the subtraction correction (TG′−Δ) is lower than the energization lower limit value TM (min), the energization lower limit value TM (min) is used.

何れにしても、制御目標値TG’は、制御マップMP0の該当箇所に記憶されており、参照すべき該当箇所は、各種センサからの出力信号に基づいて特定される。なお、制御目標値TG’は、この実施例では、その運転状態におけるコイル通電時間の最適値TM’(bst)として規定されている。   In any case, the control target value TG 'is stored in the corresponding part of the control map MP0, and the corresponding part to be referred to is specified based on output signals from various sensors. In this embodiment, the control target value TG 'is defined as the optimum value TM' (bst) of the coil energization time in the operating state.

このようにして、ステップST6の処理が終われば、次に、燃焼状態が良好となるよう、次回の点火サイクルの燃焼制御パラメータを決定する(ST7)。この燃焼パラメータには、空燃比が含まれており、噴射燃料を増加させる方向に燃焼制御される。そのため、次回の点火サイクルでは、燃焼状態の改善が見込めるものの、燃費が劣化する傾向となる。そこで、本実施例では、燃料増によって燃焼状態の改善が見込めることに対応して、コイル通電時間TMを、最適値TM’(bst)から短縮方向に変更して(ST6)、無駄な電力消費を抑制して燃費向上を実現している。   Thus, after the process of step ST6 is completed, next, the combustion control parameter of the next ignition cycle is determined so that the combustion state becomes good (ST7). This combustion parameter includes the air-fuel ratio, and the combustion is controlled in the direction of increasing the injected fuel. Therefore, in the next ignition cycle, although the improvement of the combustion state can be expected, the fuel consumption tends to deteriorate. Therefore, in this embodiment, the coil energization time TM is changed from the optimum value TM ′ (bst) to the shortening direction (ST6) in response to the expectation that the combustion state can be improved by increasing the fuel (ST6). To improve fuel efficiency.

以上、燃焼状態が良好でない場合の制御を説明したが、ステップST5の処理において、燃焼状態が良好であると判定される場合には、各種センサからの出力信号に基づいて制御マップMP0の該当箇所を参照して、その時の運転状態における制御目標値TG’を特定し、この制御目標値TG’に近づくよう、次回のコイル通電時間を設定する(ST8)。また、次回の点火サイクルでは、空燃比などの燃焼制御パラメータを特に変更することなく、運転状態に応じた燃焼制御パラメータを選択する(ST9)。   The control when the combustion state is not good has been described above. However, when it is determined in step ST5 that the combustion state is good, the corresponding part of the control map MP0 based on the output signals from various sensors. , The control target value TG ′ in the current operating state is specified, and the next coil energization time is set so as to approach this control target value TG ′ (ST8). In the next ignition cycle, the combustion control parameter corresponding to the operating state is selected without particularly changing the combustion control parameter such as the air-fuel ratio (ST9).

このようにして、始動時の制御動作を実行していると、やがて、始動制御を終える条件が成立するので、その後は、ステップST10〜ST18の処理を繰り返す。   In this way, if the control operation at the time of starting is being executed, the condition for ending the starting control is eventually satisfied, and thereafter, the processing of steps ST10 to ST18 is repeated.

具体的には、先ず、このタイミングが過渡動作時であるか否かが判定される。ここで過渡動作時とは、それまでの運転状態から大きく変化する運転状態への移行動作時を意味し、典型的には、急加速時が該当する。   Specifically, it is first determined whether or not this timing is during a transient operation. Here, the transient operation time means a transition operation time to the operation state that changes greatly from the previous operation state, and typically corresponds to a sudden acceleration time.

そして、このような移行動作時であれば、定常動作時用のコイル通電マップMP1から、その運転状態における通電上限値TM(max)を選択して、次回のコイル通電時間TMに設定する(ST12)。そして、点火タイミングとコイル通電時間とで規定される始期タイミングに達すると、点火パルスSGをHレベルに遷移させ、コイル通電時間TM経過後には、点火パルスSGをLレベルに戻す(ST12)。   If it is during such a transition operation, the upper limit value TM (max) of the current state is selected from the coil current map MP1 for the steady state operation and set to the next coil current time TM (ST12). ). When the start timing defined by the ignition timing and the coil energization time is reached, the ignition pulse SG is transitioned to the H level, and after the coil energization time TM has elapsed, the ignition pulse SG is returned to the L level (ST12).

一方、過渡動作時でない場合には、初期値として規定されているか、或いは、前回の点火動作後に規定されたコイル通電時間TMを把握し(ST11)、点火タイミングとコイル通電時間TMとで規定される始期タイミングで点火パルスSGをHレベルに遷移させ、コイル通電時間TM経過後に、点火パルスSGをLレベルに戻す(ST13)。   On the other hand, if it is not during the transient operation, it is defined as an initial value, or the coil energization time TM defined after the previous ignition operation is grasped (ST11), and is defined by the ignition timing and the coil energization time TM. The ignition pulse SG is shifted to the H level at the start timing, and after the coil energization time TM has elapsed, the ignition pulse SG is returned to the L level (ST13).

その後の処理は、始動時におけるステップST4〜ST9の処理とほぼ同じであり、イオン信号に基づいて燃焼状態の適否を判定して(ST13〜ST14)、燃焼状態が良好ではない場合には、制御目標値TGを適宜に減算補正(TG−Δ)することで、次回の点火サイクルにおけるコイル通電時間を決定する(ST15)。   The subsequent processing is substantially the same as the processing of steps ST4 to ST9 at the time of starting, and the suitability of the combustion state is determined based on the ion signal (ST13 to ST14). If the combustion state is not good, control is performed. The coil energization time in the next ignition cycle is determined by appropriately subtracting and correcting the target value TG (TG−Δ) (ST15).

ここで、制御目標値TGは、定常運転用の制御マップMP1の該当箇所に記憶されており、該当箇所は、各種センサからの出力信号に基づいて特定される。先に説明した通り、定常制御時における制御目標値TGは、その運転状態におけるコイル通電時間の最適値TM(bst)より適宜に大きい値(+β)に規定されているので、コイル通電時間が形式上、最適値TM(best)に近づくことになる。   Here, the control target value TG is stored in a corresponding portion of the control map MP1 for steady operation, and the corresponding portion is specified based on output signals from various sensors. As described above, the control target value TG at the time of steady control is defined as a value (+ β) that is appropriately larger than the optimum value TM (bst) of the coil energization time in the operating state. In addition, the optimum value TM (best) is approached.

但し、このタイミングでは燃焼が悪化しているので、次回の点火サイクルにおいて、燃焼状態が良好となるよう、次回の点火サイクルの燃焼制御パラメータを決定する(ST18)。この燃焼パラメータには、空燃比が含まれており、噴射燃料を増加させる方向に燃焼制御されるのは始動時の制御の場合と同じである。また、次回の点火サイクルでの燃費の劣化傾向に対応して、コイル通電時間TMを短縮方向に変更して、燃費向上を図っている点も同じである。   However, since the combustion deteriorates at this timing, the combustion control parameter for the next ignition cycle is determined so that the combustion state becomes good in the next ignition cycle (ST18). This combustion parameter includes the air-fuel ratio, and the combustion control in the direction of increasing the injected fuel is the same as the control at the time of starting. Further, the same applies to the improvement of fuel consumption by changing the coil energization time TM in a shortening direction in response to the tendency of deterioration of fuel consumption in the next ignition cycle.

一方、ステップST14の処理において、燃焼状態が良好であると判定される場合には、各種センサからの出力信号に基づいて制御マップMP1の該当箇所を参照して、その時の運転状態における制御目標値TGを特定し、この制御目標値TGに近づくよう、次回のコイル通電時間を設定する(ST15)。また、次回の点火サイクルにおいては、空燃比などの燃焼制御パラメータを特に変更することなく、運転状態に応じた燃焼制御パラメータを選択する(ST16)。これらの点も、制御目標値が異なる点を除けば、始動時における制御と同じである。   On the other hand, if it is determined in step ST14 that the combustion state is good, the control target value in the operation state at that time is referred to by referring to the corresponding part of the control map MP1 based on the output signals from the various sensors. TG is specified, and the next coil energization time is set so as to approach this control target value TG (ST15). In the next ignition cycle, the combustion control parameter corresponding to the operating state is selected without particularly changing the combustion control parameter such as the air-fuel ratio (ST16). These points are the same as the control at the start, except that the control target values are different.

以上、図1に示すECUによる制御方法を説明したので、次に、図2に示す点火装置CTLについて念のため説明する。図2に示す通り、点火制御装置CTLは、一次コイルL1と二次コイルL2が電磁結合された点火コイル1と、一次コイルL1の電流をON/OFF制御するスイッチング素子2と、コンデンサC1及びツェナーダイオードZD1を中心とするバイアス回路3と、バイアス回路3及び二次コイルL2に直列接続された点火プラグPGと、OPアンプAMPによる電流検出回路4とを中心に構成されている。なお、バイアス回路3、二次コイルL2、点火プラグPG、及び電流検出回路4とで、イオン検出回路CTLを構成している。   The control method by the ECU shown in FIG. 1 has been described above. Next, the ignition device CTL shown in FIG. 2 will be described just in case. As shown in FIG. 2, the ignition control device CTL includes an ignition coil 1 in which a primary coil L1 and a secondary coil L2 are electromagnetically coupled, a switching element 2 that controls ON / OFF of a current in the primary coil L1, a capacitor C1, and a Zener. A bias circuit 3 centered on the diode ZD1, a spark plug PG connected in series to the bias circuit 3 and the secondary coil L2, and a current detection circuit 4 using an OP amplifier AMP are mainly configured. The bias circuit 3, the secondary coil L2, the spark plug PG, and the current detection circuit 4 constitute an ion detection circuit CTL.

スイッチング素子2は、具体的にはIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタInsulated Gate Bipolar Transistor)で構成されている。そして、IGBTのゲート端子Gには、点火パルスSGが供給され、コレクタ端子Cは一次コイルL1を経由してバッテリ電源VBに接続され、エミッタ端子Eはグランドに接続されている。また、IGBTのコレクタ端子Cとエミッタ端子Eには、ツェナーダイオードZDのカソード端子Cとアノード端子Aが接続されている。   Specifically, the switching element 2 is configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). An ignition pulse SG is supplied to the gate terminal G of the IGBT, the collector terminal C is connected to the battery power supply VB via the primary coil L1, and the emitter terminal E is connected to the ground. The cathode terminal C and anode terminal A of the Zener diode ZD are connected to the collector terminal C and emitter terminal E of the IGBT.

点火コイル1を構成する一次コイルL1と二次コイルL2は、コイル巻線が逆相に巻かれ、スイッチング素子2がOFF遷移して一次コイルL1の電流が遮断されると、二次コイルL2に、図示の向きの高電圧が発生するよう構成されている。その結果、点火プラグPGは、グランドに向けて点火放電するプラス放電が実現される。   The primary coil L1 and the secondary coil L2 constituting the ignition coil 1 are wound in the secondary coil L2 when the coil winding is wound in the opposite phase and the switching element 2 is turned OFF to interrupt the current of the primary coil L1. The high voltage in the direction shown in the drawing is generated. As a result, the spark plug PG achieves positive discharge that ignites and discharges toward the ground.

バイアス回路3は、ツェナーダイオードZD1及びコンデンサC1の並列回路と、この並列回路とグランド間に接続されるダイオードD1と、前記並列回路と二次コイルL2の低圧端子との間に接続されるダイオードD2と、二次コイルL2の低圧端子とダイオードD1との間に接続される抵抗R1とで構成されている。   The bias circuit 3 includes a parallel circuit of a Zener diode ZD1 and a capacitor C1, a diode D1 connected between the parallel circuit and the ground, and a diode D2 connected between the parallel circuit and the low voltage terminal of the secondary coil L2. And a resistor R1 connected between the low voltage terminal of the secondary coil L2 and the diode D1.

図示の通り、ダイオードD1のアノード端子はグランドに接続され、ダイオードD1とツェナーダイオードZD1のカソード端子が互いに接続されている。また、ダイオードD2とツェナーダイオードZD1のアノード端子は互いに接続され、ダイオードD2のカソード端子は、二次コイルL2の低圧側端子に接続されている。   As illustrated, the anode terminal of the diode D1 is connected to the ground, and the cathode terminals of the diode D1 and the Zener diode ZD1 are connected to each other. The anode terminals of the diode D2 and the Zener diode ZD1 are connected to each other, and the cathode terminal of the diode D2 is connected to the low voltage side terminal of the secondary coil L2.

このバイアス回路3において、ツェナーダイオードZD1は、コンデンサC1に充電されるバイアス電圧値を決定する素子であり、その降伏電圧Vz1としては、例えば、250〜350V程度が選択され、この実施例ではVz1=270Vとしている。そのため、コンデンサC1は、イオン電流検出時に、約270Vのバイアス電源として機能する。コンデンサC1は、そのコストや設置スペースなども考慮した上で、バイアス電源として適切に機能するよう0.005〜0.035μF程度のキャパシタンス値が選択され、実施例では、0.015μFに設定されている。   In the bias circuit 3, the Zener diode ZD1 is an element that determines a bias voltage value charged in the capacitor C1, and as its breakdown voltage Vz1, for example, about 250 to 350 V is selected. In this embodiment, Vz1 = 270V. Therefore, the capacitor C1 functions as a bias power supply of about 270 V when detecting the ionic current. Capacitor C1 is selected to have a capacitance value of about 0.005 to 0.035 μF so as to function appropriately as a bias power source in consideration of its cost, installation space, and the like, and is set to 0.015 μF in the embodiment. Yes.

次に、電流検出回路4は、OPアンプAMPと、入力抵抗R2及びコンデンサC2の並列回路と、検出抵抗R3と、ツェナーダイオードZD2とを有して構成されている。ここで、コンデンサC2は、高周波成分に対する合成インピーダンスを抑制するバイパスコンデンサとして機能する。また、ツェナーダイオードZD2は、OPアンプAMPなどの保護機能を発揮するべく、その降伏電圧が7.5V程度に設定されている。   Next, the current detection circuit 4 includes an OP amplifier AMP, a parallel circuit of an input resistor R2 and a capacitor C2, a detection resistor R3, and a Zener diode ZD2. Here, the capacitor C2 functions as a bypass capacitor that suppresses the combined impedance with respect to the high frequency component. In addition, the breakdown voltage of the Zener diode ZD2 is set to about 7.5 V in order to perform a protection function such as an OP amplifier AMP.

OPアンプAMPは、単一電源で動作しており、非反転入力端子がグランドに接続されている。そして、OPアンプAMPの出力端子から、イオン電流の検出信号Voutが出力される。   The OP amplifier AMP operates with a single power source, and a non-inverting input terminal is connected to the ground. Then, an ion current detection signal Vout is output from the output terminal of the OP amplifier AMP.

図示の通り、ツェナーダイオードZD2のカソード端子は、OPアンプAMPの反転入力端子に接続され、アノード端子はグランドに接続されている。また、入力抵抗R2及びコンデンサC2の並列回路の一方側は、OPアンプAMPの反転入力端子に接続され、他方側は、コンデンサC1と、ツェナーダイオードZD1及びダイオードD2のアノード端子に接続されている。   As illustrated, the cathode terminal of the Zener diode ZD2 is connected to the inverting input terminal of the OP amplifier AMP, and the anode terminal is connected to the ground. One side of the parallel circuit of the input resistor R2 and the capacitor C2 is connected to the inverting input terminal of the OP amplifier AMP, and the other side is connected to the capacitor C1, and the anode terminals of the Zener diode ZD1 and the diode D2.

また、OPアンプAMPの反転入力端子と出力端子の間に、検出抵抗R3が接続され、検出抵抗R3→入力抵抗R2の経路で検出電流iが流れるよう構成されている。そのため、OPアンプAMPの出力端子からは、R3*iの正レベルの検出信号Voutが出力される。   Further, the detection resistor R3 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the OP amplifier AMP, and the detection current i flows through the path of the detection resistor R3 → the input resistor R2. Therefore, a positive detection signal Vout of R3 * i is output from the output terminal of the OP amplifier AMP.

以上の構成からなるイオン電流検出装置は、スイッチング素子2に供給される点火パルスSGに制御されて動作する。図2に示す通り、点火パルスSGは、タイミングt0でHレベルに立上り、タイミングt1でLレベルに立下がる。そして、点火パルスSGのHレベル期間だけ一次コイルL1に電流が流れ、その間に点火コイル1に磁気エネルギーが蓄積される。その後、タイミングt1で、一次コイルL1の電流が遮断されると、二次コイルL2に高レベルの誘起電圧が発生して、点火プラグPGが点火放電する。   The ion current detection device having the above configuration operates under the control of the ignition pulse SG supplied to the switching element 2. As shown in FIG. 2, the ignition pulse SG rises to the H level at timing t0 and falls to the L level at timing t1. Then, a current flows through the primary coil L1 only during the H level period of the ignition pulse SG, and magnetic energy is accumulated in the ignition coil 1 during that time. Thereafter, when the current of the primary coil L1 is cut off at the timing t1, a high-level induced voltage is generated in the secondary coil L2, and the spark plug PG is ignited and discharged.

図4(a)は、この点火放電時の電流経路を図示したものである。すなわち、タイミングt1に、二次コイルL2に誘起電圧が発生して、ダイオードD1→ツェナーダイオードZD1→ダイオードD2の第1経路(a)と、ダイオードD1→コンデンサC1→ダイオードD2の第2経路(b)と、ダイオードD1→抵抗R1の第3経路(c)と、検出抵抗R3やツェナーダイオードZD2→抵抗R2及びコンデンサC2の並列回路→ダイオードD2の第4経路(d)とを経由して、点火プラグPGの点火放電電流が流れる。なお、以下の説明では、各経路(a)〜(c)の電流をI〜Iとする。 FIG. 4A illustrates a current path during the ignition discharge. That is, at the timing t1, an induced voltage is generated in the secondary coil L2, and the first path (a) of the diode D1 → the Zener diode ZD1 → the diode D2 and the second path (b) of the diode D1 → the capacitor C1 → the diode D2. ), The diode D1 → the third path (c) of the resistor R1, and the detection resistor R3 or the Zener diode ZD2 → the parallel circuit of the resistor R2 and the capacitor C2 → the fourth path (d) of the diode D2 An ignition discharge current of the plug PG flows. In the following description, the currents in the paths (a) to (c) are I 1 to I 4 .

この放電動作時の等価回路は、図4(b)に示す通りであり、ダイオードD2、ダイオードD1、及びツェナーダイオードZD2の順方向電圧降下を何れも無視すると、コンデンサC1、抵抗R1、及び抵抗R2が、ツェナーダイオードZD1に並列接続された回路構成となる。   An equivalent circuit at the time of this discharging operation is as shown in FIG. 4 (b). If all of the forward voltage drops of the diode D2, the diode D1, and the Zener diode ZD2 are ignored, the capacitor C1, the resistor R1, and the resistor R2 However, the circuit configuration is connected in parallel to the Zener diode ZD1.

ここで、一次コイルL1の通電中に点火コイル1に蓄積されたエネルギーを効果的に使用して、コンデンサC1に十分な充電電流を流すには、充電電流のバイパス路を形成する抵抗R1や抵抗R2の抵抗値を高く設定するのが望ましい。一方、イオン電流検出時には、図6に示す経路でイオン電流が流れるので、抵抗R1や抵抗R2の抵抗値をあまり高く設定すると、イオン電流のレベルが低下して、ノック信号を識別できない。そのため、抵抗R1及び抵抗R2の抵抗値を最適に設定する必要がある。   Here, in order to effectively use the energy accumulated in the ignition coil 1 while the primary coil L1 is energized and to allow a sufficient charging current to flow through the capacitor C1, a resistor R1 or resistor that forms a bypass path for the charging current It is desirable to set the resistance value of R2 high. On the other hand, when the ion current is detected, the ion current flows through the path shown in FIG. 6, and therefore, if the resistance values of the resistors R1 and R2 are set too high, the level of the ion current decreases and the knock signal cannot be identified. Therefore, it is necessary to optimally set the resistance values of the resistors R1 and R2.

ここで、コンデンサC1の充電電荷をQとし、第2経路の電流を便宜上一定値Iとし、点火放電電流I(=I+I+I+I)による点火放電時間をTとすると、I=Q/T=C1×Vz1/Tの関係式が成立する。なお、Vz1は、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧であり、この実施例では270Vとなっている。 Here, if the charge of the capacitor C1 is Q, the current in the second path is a constant value I 2 for convenience, and the ignition discharge time by the ignition discharge current I (= I 1 + I 2 + I 3 + I 4 ) is T, I 2 = Q / T = C1 × Vz1 / T The relational expression is established. Vz1 is a breakdown voltage of the Zener diode ZD1, and is 270 V in this embodiment.

また、第3経路と第4経路の並列合成抵抗R0と、点火プラグPGの点火放電電流Iと、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧Vzと、点火放電時間Tとの間には、R0=Vz/(I−C1×Vz/T−I)の関係式が成立する。ここで、第1経路の電流Iは、ツェナーダイオードZD1の特性から規定され、点火放電電流Iや放電時間Tは、他の設計パラメータから規定されるので、これらを総合評価すると、好ましい並列合成抵抗R0は、35KΩ〜100KΩとなる。 In addition, R0 = Vz / () between the parallel combined resistance R0 of the third path and the fourth path, the ignition discharge current I of the spark plug PG, the breakdown voltage Vz of the Zener diode ZD1, and the ignition discharge time T. I−C1 × Vz / T−I 1 ) is established. Here, the current I 1 of the first path is defined by the characteristics of the Zener diode ZD1, and the ignition discharge current I and the discharge time T are defined by other design parameters. The resistor R0 is 35 KΩ to 100 KΩ.

そして、点火プラグPGの残留電荷の放電時の動作(図5参照)や、スイッチング素子のON遷移時の動作(図7参照)を考慮すると、抵抗R1の両端電圧が低い方が好ましい。そこで、この点も考慮して、この実施例では、R1=62KΩ、R2=200KΩとしている。この場合のR1とR2の並列合成抵抗R0は、47KΩ程度であり、点火放電時におけるコンデンサC1の充電電流Iが、それほどバイパスされることはなく、コンデンサC1は270Vレベルまで素早く充電される。また、イオン電流検出時の直列合成抵抗R1+R2が262KΩであり、イオン電流やノック信号の検出性能に悪影響を与えることもない。 Then, considering the operation at the time of discharging the residual charge of the spark plug PG (see FIG. 5) and the operation at the time of ON transition of the switching element (see FIG. 7), it is preferable that the voltage across the resistor R1 is low. Therefore, in consideration of this point, in this embodiment, R1 = 62 KΩ and R2 = 200 KΩ. Parallel combined resistance R0 of the R1 in the case and R2 is about 47kohm, the charging current I 2 of the capacitor C1 at the time of ignition discharge is not to be so bypassed, the capacitor C1 is charged quickly to 270V level. Further, the series combined resistance R1 + R2 at the time of detecting the ionic current is 262 KΩ, and the detection performance of the ionic current and the knock signal is not adversely affected.

また、抵抗R2にはバイパスコンデンサC2が接続されているので高周波信号に対するインピーダンスは抑制される。なお、コンデンサC2のキャパシタンス値は、抵抗R2の抵抗値(200KΩ)やイオン信号など周波数との関係で100pFに設定されている。   Further, since the bypass capacitor C2 is connected to the resistor R2, the impedance with respect to the high frequency signal is suppressed. The capacitance value of the capacitor C2 is set to 100 pF in relation to the frequency of the resistance value of the resistor R2 (200 KΩ) and the ion signal.

以下、点火放電後の動作について、図5〜図7に基づいて確認的に説明する。図4(a)に示す経路による点火放電動作が終了すると、その後は、図5に示す動作が開始される。すなわち、図5に示すように、点火プラグPG→二次コイルL2→抵抗R1→コンデンサC1→抵抗R2→ツェナーダイオードZD2→グランドなどの経路で電流が流れて、点火プラグPGの両端電圧が急激に低下する。このとき、コンデンサC1のバイアス電圧は、残留電荷の放電動作に起因して増加傾向となる。   Hereinafter, the operation after ignition discharge will be described for confirmation based on FIGS. When the ignition discharge operation by the path shown in FIG. 4A is completed, the operation shown in FIG. 5 is started thereafter. That is, as shown in FIG. 5, a current flows through a path such as the spark plug PG → secondary coil L2 → resistor R1 → capacitor C1 → resistor R2 → zener diode ZD2 → ground, and the voltage across the spark plug PG suddenly increases. descend. At this time, the bias voltage of the capacitor C1 tends to increase due to the residual charge discharging operation.

このようにして、点火プラグPGの両端電圧は素早く降下して残留エネルギーが放電されるが、点火プラグPGの両端電圧が所定レベルまで降下すると、その後は、図6に示す経路でイオン電流が流れる。すなわち、図6に示すように、入力抵抗R2→コンデンサC1→抵抗R1→二次コイルL2→点火プラグPGの経路でイオン電流iが流れ、OPアンプAMPからはイオン電流iに、ほぼ比例する検出電圧Vout=i*R3が得られる。   In this way, the voltage across the spark plug PG quickly drops and residual energy is discharged, but when the voltage across the spark plug PG drops to a predetermined level, an ionic current then flows through the path shown in FIG. . That is, as shown in FIG. 6, the ion current i flows through the path of the input resistor R2, the capacitor C1, the resistor R1, the secondary coil L2, and the spark plug PG, and the detection is almost proportional to the ion current i from the OP amplifier AMP. The voltage Vout = i * R3 is obtained.

このように、この実施例では、プラス放電を実現するものの、イオン電流を迅速に検出することができる。また、波形ダレが生じず、且つ、コロナ放電の影響も受けない。なお、これらの効果は、実験的に実証されている。   Thus, in this embodiment, although positive discharge is realized, the ionic current can be detected quickly. Further, no waveform sagging occurs, and no corona discharge is affected. These effects have been experimentally verified.

最後に、図7に基づいてタイミングt0の動作を確認する。スイッチング素子2のON遷移時には、図7の経路で電流が流れる。すなわち、二次コイルL2に発生する図示の向きの誘起電圧に基づいて、二次コイルL2→抵抗R1→コンデンサC1→抵抗R2の経路で電流が流れる。そして、この実施例では、抵抗R1と抵抗R2の並列合成抵抗R0を35KΩ〜100KΩの範囲において、抵抗R1<<抵抗R2の抵抗値に設定しているので、その分だけ、抵抗R1の低圧側端子の電位が増加する。しかし、抵抗R2→抵抗R3の電流経路とは別に、抵抗R2→ツェナーダイオードZD2のバイパス経路でも電流が流れるので、ダイオードD1に大電圧が加わることがなく、また、OPアンプも保護される。   Finally, the operation at the timing t0 is confirmed based on FIG. When the switching element 2 is turned on, a current flows through the path shown in FIG. That is, a current flows through the path of the secondary coil L2, the resistance R1, the capacitor C1, and the resistance R2, based on the induced voltage generated in the secondary coil L2. In this embodiment, the parallel combined resistance R0 of the resistance R1 and the resistance R2 is set to the resistance value of the resistance R1 << resistance R2 in the range of 35 KΩ to 100 KΩ, and accordingly, the low voltage side of the resistance R1. The terminal potential increases. However, since a current flows through the bypass path of the resistor R2 → the Zener diode ZD2 separately from the current path of the resistor R2 → the resistor R3, a large voltage is not applied to the diode D1, and the OP amplifier is also protected.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な回路構成は、何ら本発明を限定するものではない。例えば、実施例のようにC2を抵抗R2に並列すると共に、抵抗R1にもバイパスコンデンサを並列接続しても良い。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, specific circuit structure does not limit this invention at all. For example, as in the embodiment, C2 may be parallel to the resistor R2, and a bypass capacitor may be connected in parallel to the resistor R1.

また、必ずしもイオン信号に基づいて、燃焼状態を把握する必要はなく、例えば、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量などに基づいて燃焼状態を把握しても良い。この場合、筒内圧センサを設け、その圧力信号の推移から図示平均有効圧を算出して算出値に基づいて燃焼状態を判定するのが簡易的である。また、回転数センサを設け、その出力信号が、閾値を超えて変動するか否かによって燃焼状態を判定しても良い。   Further, it is not always necessary to grasp the combustion state based on the ion signal. For example, the combustion state may be grasped based on the pressure signal indicating the pressure fluctuation in the combustion chamber, the amount of fluctuation in the rotational speed of the internal combustion engine, or the like. . In this case, it is simple to provide an in-cylinder pressure sensor, calculate the indicated mean effective pressure from the transition of the pressure signal, and determine the combustion state based on the calculated value. Further, a rotational speed sensor may be provided, and the combustion state may be determined based on whether or not the output signal fluctuates beyond a threshold value.

MP1 制御マップ
ECU 制御部
TG 目標値
ST13〜ST14 判定手段
ST18,ST19 燃焼制御手段
ST15,ST17,ST11 通電制御手段
MP1 control map ECU control unit TG target values ST13 to ST14 determination means ST18, ST19 combustion control means ST15, ST17, ST11 energization control means

Claims (7)

一次コイルと二次コイルが電磁結合された点火コイルと、一次コイルの通電動作を制御する制御部と、一次コイルの通電遮断時に二次コイルに発生する誘起電圧に基づいて点火放電して混合気を燃焼させる点火プラグと、一次コイルのコイル通電時間の目標値を、内燃機関の運転状態毎に規定する制御マップと、を有して構成され、
前記制御部には、
各点火サイクルにおいて、混合気の燃焼状態の適否を判定する判定手段と、
前記判定手段で判定された燃焼状態に対応して、良好な燃焼状態が実現されるよう次回の点火サイクルの燃焼動作を実行する燃焼制御手段と、
運転状態に基づいて前記制御マップを参照して、次回の点火サイクルにおける前記目標値を特定し、前記判定手段が判定する燃焼状態の非良好時には、前記目標値を下回るようコイル通電時間を設定して前記通電動作を実行する通電制御手段と、
を有して構成されていることを特徴とする内燃機関用の燃焼制御装置。
An ignition coil in which a primary coil and a secondary coil are electromagnetically coupled, a control unit that controls energization operation of the primary coil, and an air-fuel mixture that is ignited and discharged based on an induced voltage generated in the secondary coil when the primary coil is de-energized. And a control map that defines the target value of the coil energization time of the primary coil for each operating state of the internal combustion engine,
In the control unit,
In each ignition cycle, determination means for determining the suitability of the combustion state of the mixture,
Corresponding to the combustion state determined by the determination means, combustion control means for executing the combustion operation of the next ignition cycle so as to realize a good combustion state;
The control map is referred to based on the operating state, the target value in the next ignition cycle is specified, and the coil energization time is set to be lower than the target value when the combustion state determined by the determination means is not good. Energization control means for executing the energization operation;
A combustion control device for an internal combustion engine, characterized by comprising:
定常運転時における前記目標値は、
点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値と、
運転状態毎に規定される、点火プラグが放電可能なコイル通電時間の下限値との間に設定される請求項1に記載の燃焼制御装置。
The target value during steady operation is
Based on the heat generation limit of the ignition coil, the upper limit value of the coil energization time defined for each operating state,
The combustion control device according to claim 1, which is set between a lower limit value of a coil energization time during which the spark plug can be discharged, which is defined for each operation state.
過渡動作時における前記目標値は、
点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値に設定される請求項1又は2に記載の燃焼制御装置。
The target value during transient operation is
The combustion control device according to claim 1 or 2, wherein the combustion control device is set to an upper limit value of a coil energization time defined for each operation state based on a heat generation limit of the ignition coil.
定常運転時における前記目標値は、
点火コイルの発熱限界に基づいて、運転状態毎に規定されるコイル通電時間の上限値と、
燃料消費率が最小値となるコイル通電時間の最適値との間に設定される請求項2又は3に記載の燃焼制御装置。
The target value during steady operation is
Based on the heat generation limit of the ignition coil, the upper limit value of the coil energization time defined for each operating state,
The combustion control device according to claim 2 or 3, wherein the combustion control device is set between an optimum value of the coil energization time at which the fuel consumption rate becomes a minimum value.
定常運転時用の制御マップとは別に、冷機始動時用の制御マップが設けられている請求項1〜4の何れかに記載の燃焼制御装置。   The combustion control device according to any one of claims 1 to 4, wherein a control map for starting the cold machine is provided separately from the control map for steady operation. 燃焼状態の適否は、燃焼室の圧力変動を示す圧力信号、内燃機関の回転数の変動量、又は、燃焼室のイオン発生を示すイオン信号に基づいて判定される請求項1〜5の何れかに記載の燃焼制御装置。   The suitability of the combustion state is determined based on a pressure signal indicating fluctuations in pressure in the combustion chamber, a fluctuation amount in the rotational speed of the internal combustion engine, or an ion signal indicating generation of ions in the combustion chambers. The combustion control apparatus described in 1. 前記イオン信号を検出するイオン検出回路IONは、
第一コンデンサC1及び第一ツェナーダイオードZD1を有し、前記点火プラグの放電時に、前記二次コイルの高電圧に基づいて前記第一ツェナーダイオードZD1の降伏電圧に対応して前記第一コンデンサC1が充電されるバイアス回路と、前記第一コンデンサC1の放電電流を検出する電流検出回路と、を有して構成され、
前記第一コンデンサC1の両端に、補助コンデンサC2及び補助ダイオードD4の直列回路を並列接続して、前記点火プラグの放電時に、前記補助コンデンサC2が充電されると共に、前記第一コンデンサC1が、前記補助ダイオードを経由して充電されるようイオン検出回路が構成されている請求項6に記載の燃焼制御装置。
The ion detection circuit ION for detecting the ion signal is:
The first capacitor C1 and the first Zener diode ZD1 have a first capacitor C1 corresponding to a breakdown voltage of the first Zener diode ZD1 based on a high voltage of the secondary coil when the spark plug is discharged. A bias circuit to be charged, and a current detection circuit for detecting a discharge current of the first capacitor C1,
A series circuit of an auxiliary capacitor C2 and an auxiliary diode D4 is connected in parallel to both ends of the first capacitor C1, and when the ignition plug is discharged, the auxiliary capacitor C2 is charged, and the first capacitor C1 is The combustion control device according to claim 6, wherein the ion detection circuit is configured to be charged via an auxiliary diode.
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