JP2012052441A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、点火コイルヘの通電時間を最適に設定することができ、この結果、点火を良好に行うことができる内燃機関の点火制御装置を実現することを目的とする。
【解決手段】この発明は、バッテリ電圧検出手段と、回転速度検出手段と、バッテリ電圧と内燃機関の回転速度とに基づいて点火コイルヘの通電時間を設定する通電時間設定手段とを備え、通電時間設定手段により設定された通電時間に応じて点火コイルに通電して、点火プラグに火花放電用の高電圧を印加する内燃機関の点火制御装置において、内燃機関に供給する空気量を制御するスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段を備え、通電時間設定手段は、スロットル開度検出手段により検出されたスロットル開度の変化率を算出し、この変化率に応じて通電時間を補正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の点火制御装置に係り、特に、点火コイルの通電時間を制御して良好な点火を行うことができる内燃機関の点火制御装置に関する。

内燃機関の点火制御装置には、ダイレクトイグニションシステムを採用し、かつ点火コイルに電力を供給している場合、その通電時間を制御することで、点火プラグの火花放電のために最大限の２次電圧を得ているものがある。
一般的には、点火コイルの能力を最大限発揮させるため、バッテリ電圧と内燃機関の回転速度を軸とし、点火コイルの通電時間を設定した点火コイル通電時間マップを用意し（図７）、点火プラグの最大要求電圧に対応している。点火プラグが火花放電するために必要な電圧（要求電圧）は、一定ではなく、燃焼室内の圧縮圧力（図６（Ａ））、点火時期（点火進角）（図６（Ｂ））、空燃比（図６（Ｃ））等の要因で変化していることから、点火コイル能力を常に最大限発揮させておく必要がない。

従来の内燃機関の点火制御装置には、内燃機関の回転周期および点火時期に応じて通電時間を補正して、加速時に点火コイルへの通電時間不足による点火プラグの２次電圧不足を防止したものがある。（特開平１−２２７８７１号）
従来の内燃機関の点火制御装置には、空燃比に応じて点火コイルへの通電時間を変更して、点火状態の改善を図りながら消費電力の低減を図ったものがある。（実開平５−５７３６２号）
従来の内燃機関の点火制御装置には、バッテリ電圧と内燃機関の回転速度とに基づいて設定した点火コイルの通電時間を点火時期が進角するほど短く補正して、点火コイルに過剰な点火エネルギを供給しないようにしたものがある。（特開平６−１２９３３３号）
従来の内燃機関の点火制御装置には、燃焼室内の圧縮圧力に応じて点火コイルの通電時間を決定して、点火エネルギ過剰による電極消耗を抑制し、点火エネルギ不足による消炎を防止するようにしたものがある。（特開２０００−１８１４１号）

特開平１−２２７８７１号公報 実開平５−５７３６２号公報 特開平６−１２９３３３号公報 特開２０００−１８１４１号公報

しかし、前記特許文献１〜特許文献４の点火制御装置においては、点火コイルへの通電時間を補正するための要素が限定的であるため、点火コイルへの通電時間を内燃機関の運転状態に応じて最適に設定することができず、この結果、点火を良好に行うことができなかった。

この発明は、点火コイルヘの通電時間を最適に設定することができ、この結果、点火を良好に行うことができる内燃機関の点火制御装置を実現することを目的とする。

この発明は、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧と前記回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度とに基づいて点火コイルヘの通電時間を設定する通電時間設定手段とを備え、前記通電時間設定手段により設定された通電時間に応じて点火コイルに通電して、点火プラグに火花放電用の高電圧を印加する内燃機関の点火制御装置において、内燃機関に供給する空気量を制御するスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段を備え、前記通電時間設定手段は、前記スロットル開度検出手段により検出されたスロットル開度の変化率を算出し、この変化率に応じて前記通電時間を補正することを特徴とする。

この発明の内燃機関の点火制御装置は、スロットル開度の変化率により通電時間を補正することで、点火コイルヘの通電時間を最適に設定することができる。この結果、点火を良好に行うことができ、かつ消費電力の低減を図ることができる。

内燃機関の点火制御装置による制御のフローチャートである。（実施例） 通電時間の内燃機関負荷補正マップを示す図である。（実施例） 通電時間の点火時期補正マップを示す図である。（実施例） 通電時間の空燃比補正マップを示す図である。（実施例） 通電時間のスロットル開度変化率補正マップを示す図である。（実施例） 点火プラグの要求電圧を示し、（Ａ）は燃焼室内の圧縮圧力と要求電圧の関係を示す図、（Ｂ）は点火時期と要求電圧の関係を示す図、（Ｃ）は空燃比と要求電圧の関係を示す図である。（実施例） 点火コイル通電時間マップの一例を示す図である。（実施例） 内燃機関の点火制御装置のシステム構成図ある。（実施例）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。図８において、１は内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はピストン、６は燃焼室、７は吸気ポート、８は排気ポートである。車両等に搭載される内燃機関１は、シリンダヘッド３に吸気カム軸９及び排気カム軸１０を軸支し、これら吸気カム軸９及び排気カム軸１０で夫々駆動される吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を設けている。吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、各気筒の燃焼室６に連通する吸気ポート７及び排気ポート８を夫々開閉する。
内燃機関１は、吸気系として、エアクリーナ１３と吸気管１４とスロットルボディ１５とサージタンク１６と吸気マニホルド１７とを順次に接続し、吸気ポート７に連通する吸気通路１８を設けている。スロットルボディ１５の吸気通路１８には、スロットルバルブ１９を設けている。また、内燃機関１は、排気系として、排気マニホルド２０と排気管２１と触媒コンバータ２２とを順次に接続し、排気ポート８に連通する排気通路２３を設けている。触媒コンバータ２２は、排気ガスを浄化する触媒２４を内蔵している。

この内燃機関１には、過給機（ターボチャージャ）２５を設けている。過給機２５は、吸気管１４の途中と排気マニホルド２０及び排気管２１間とに過給機ケース２６を配設し、過給機ケース２６内の吸気通路１８にコンプレッサ２７を設け、過給機ケース２６内の排気通路２３にコンプレッサ２７を駆動するタービン２８を設けている。
過給機ケース２６には、タービン２８を迂回して排気通路２３を連通するバイパス通路２９を設け、バイパス通路２９を開閉するウエイストゲートバルブ３０を設け、ウエイストゲートバルブ３０を開閉動作するウエイストゲートアクチュエータ３１を設け、ウエイストゲートアクチュエータ３１を動作制御するウエイストゲート制御バルブ３２を設けている。ウエイストゲート制御バルブ３２は、コンプレッサ２７下流側の吸気通路１８からウエイストゲートアクチュエータ３１に導入される作動圧の一部をコンプレッサ２７上流側に逃がして調整することによりウエイストゲートアクチュエータ３１の動作を制御し、ウエイストゲートバルブ３０を開閉動作して過給圧を設定過給圧に制御する。
また、内燃機関１は、コンプレッサ２７の上流側及び下流側の吸気通路１８を連通するエアバイパス通路３３を設け、エアパイパス通路３３を開閉するエアバイパスバルブ３４を設け、エアバイパスバルブ３４を開閉動作するエアバイパスアクチュエータ３５を設け、エアバイパスアクチュエータ３５を動作制御するエアバイパス制御バルブ３６を設けている。エアバイパス制御バルブ３６は、コンプレッサ２７下流側の吸気通路１８からエアバイパスアクチュエータ３５に導入される作動圧を調整することによりエアバイパスアクチュエータ３５の動作を制御し、スロットルバルブ１９の急閉時にエアバイパスバルブ３４を開放動作してコンプレッサ２７のサージングを防止する。
なお、この内燃機関１は、コンプレッサ２７とスロットルボディ１５との間の吸気管１４に、過給機２５で過給された吸入空気を冷却するインタクーラ３７を設けている。

この内燃機関１は、燃料系として、燃料タンク３８内に燃料を内燃機関１側に圧送する燃料ポンプ３９を設け、この燃料ポンプ３９の吐出側にフィルタ４０を介して燃料供給通路４１の一端側を接続している。燃料供給通路４１の他端側は、デリバリパイプ４２に接続している。デリバリパイプ４２には、吸気マニホルド１７に取り付けられた各気筒毎の燃料噴射弁４３を接続している。燃料噴射弁４３は、デリバリパイプ４２により燃料供給通路４１の燃料を分配供され、吸気ポート７内に燃料を噴射する。燃料供給通路４１の途中には、圧力レギュレータ４４を設けている。圧力レギュレータ４４は、圧力導入通路４５によりサージタンク１６の圧力を導入して動作し、燃料の一部を燃料戻り通路４６により燃料タンク３８に戻すことで燃料供給通路４１の燃料圧力を設定値に調整する。
前記燃料タンク３８には、２ウェイチェックバルブ４７を介してエバポ通路４８の一端側を接続している。エバポ通路４８は、他端側をキャニスタ４９に接続している。キャニスタ４９には、パージ通路５０の一端側を接続している。パージ通路５０は、他端側をサージタンク１６に連通している。パージ通路５０の途中には、パージ制御バルブ５１を設けている。パージ制御バルブ５１は、キャニスタ４９に吸着した燃料蒸発ガスの内燃機関１への導入量（パージ量）を制御する。

この内燃機関１は、点火系として、シリンダヘッドカバー４に各気筒毎の点火コイル５２を取り付けている。点火コイル５２は、各気筒の燃焼室６に臨ませた点火プラグ５３に高電圧を供給し、飛び火させる。
また、この内燃機関１は、シリンダヘッドカバー４内にＰＣＶバルブ５４を介してタンク側ブローバイガス通路５５の一端側を連通している。タンク側ブローバイガス通路５５は、他端側をサージタンク１６に連通している。この内燃機関１は、シリンダヘッドカバー４内にクリーナ側ブローバイガス通路５６の一端側を連通している。クリーナ側ブローバイガス通路５６は、他端側をエアクリーナ１３に連通している。
さらに、この内燃機関１は、スロットルバルブ１９を迂回して吸気通路１８を連通するアイドル空気通路５７を設けている。このアイドル空気通路５７の途中には、吸気通路１８をバイパスしてアイドル空気通路５７を通るアイドル空気量を調整するアイドル空気量制御バルブ５８を設けている。

この内燃機関１には、スロットルバルブ１９のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段であるスロットル開度センサ５９を設け、スロットルバルブ１９下流側の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ６０を設け、吸気温度を検出する吸気温センサ６１を設け、内燃機関１のクランク角を検出し且つ回転速度を検出するための回転速度検出手段であるクランク角センサ６２を設け、ノッキングを検出するノッキングセンサ６３を設け、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ６４を設け、触媒２４を通過前の排気ガス成分中の酸素を検知する上流側排気ガス検出手段である空燃比センサ６５を設け、触媒２４を通過後の排気ガス成分中の酸素を検知する下流側排気ガス検出手段（酸素センサ）であるＯ２センサ６６を設けている。
前記ウエイストゲート制御バルブ３２とエアバイパス制御バルブ３６と燃料ポンプ３９と燃料噴射弁４３とパージ制御バルブ５１とイグニションコイル５２とアイドル空気量制御バルブ５８とスロットル開度センサ５９と吸気圧センサ６０と吸気温センサ６１とクランク角センサ６２とノッキングセンサ６３と水温センサ６４と空燃比センサ６５とＯ２センサ６６とは、内燃機関１の点火制御装置６７を構成する制御手段６８に接続している。制御手段６８には、メインスイッチ６９及びフューズ７０を介してバッテリ７１を接続している。

前記内燃機関１の点火プラグ５３が火花放電するために必要な電圧（要求電圧）は、燃焼室６内の圧縮圧力（図６（Ａ））、点火時期（点火進角）（図６（Ｂ））、空燃比（図６（Ｃ））等の要因で変化している。内燃機関１の点火制御装置６７は、点火プラグ５３の要求電圧を満足するために、図７に示すように、バッテリ電圧と内燃機関１の回転速度とを軸とし、点火コイル５２の通電時間を設定した点火コイル通電時間マップを用意し、点火コイル通電時間マップで通電時間を検索して設定し、通電時間を制御して点火プラグの火花放電のための２次電圧を得ている。
前記内燃機関１の点火制御装置６７は、通電時間を制御するために、内燃機関１の回転速度を検出する回転速度検出手段である前記クランク角センサ６２と、バッテリ７０の電圧を検出するバッテリ電圧検出手段であるバッテリ電圧センサ７２と、前記バッテリ電圧センサ７２により検出されたバッテリ電圧と前記クランク角センサ６２により検出された内燃機関１の回転速度とに基づいて点火コイル５２ヘの通電時間を点火コイル通電時間マップで設定する通電時間設定手段７３とを備えている。点火制御装置６７は、制御手段６８によって、通電時間設定手段７３により設定された通電時間に応じて点火コイル５２に通電して、点火プラグ５３に火花放電用の高電圧を印加する。また、内燃機関１の点火制御装置６７は、内燃機関１の運転状態に応じて点火コイル５２の通電時間を点火コイル通電時間マップによる検索値と予め設定した固定値とに切り換えるソフトスイッチ７４を備えている。
この内燃機関１の点火制御装置６７は、内燃機関１に供給する空気量を制御するスロットルバルブ１９の開度を検出するスロットル開度検出手段である前記スロットル開度センサ５９を備えている。前記通電時間設定手段７３は、スロットル開度センサ５９により検出されたスロットル開度の変化率を算出し、この変化率に応じて点火コイル５２への通電時間を補正する。

次に作用を説明する。
内燃機関１の点火制御装置６７は、図１に示すように、点火コイル５２の通電時間を制御する。内燃機関１の点火制御装置６７は、プログラムがスタートすると（Ｓ０１）、内燃機関１の回転速度により始動時であるかを判断する（Ｓ０２）。この判断（Ｓ０２）がＹＥＳの場合は、点火コイル通電時間マップの検索により通電時間を設定し（Ｓ０３）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。
前記判断（Ｓ０２）がＮＯの場合は、スロットルバルブ１９が全開（全負荷）であるかを判断する（Ｓ０４）。この判断（Ｓ０４）がＹＥＳの場合は、点火コイル通電時間マップの検索により通電時間を設定し（Ｓ０３）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。
前記判断（Ｓ０４）がＮＯの場合は、内燃機関１が減速燃料カット時であるかを判断する（Ｓ０５）。この判断（Ｓ０５）がＹＥＳの場合は、ソフトスイッチ７４がＯＮであるかを判断する（Ｓ０６）。この判断（Ｓ０６）がＹＥＳ（ソフトスイッチ７４：ＯＮ）の場合は、通電時間を固定値に設定し（Ｓ０７）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。この判断（Ｓ０６）がＮＯ（ソフトスイッチ７４：ＯＦＦ）の場合は、点火コイル通電時間マップの検索により通電時間を設定し（Ｓ０３）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。
前記判断（Ｓ０５）がＮＯの場合は、各種センサ５９〜６６、バッテリ電圧センサ７２の検出する信号により内燃機関１の運転状態を認識し（Ｓ０８）、点火コイル通電時間マップを検索し（Ｓ０９）、通電時間の補正値を検索し（Ｓ１０）、点火コイル通電時間マップの検索値を補正値で補正して通電時間を設定し（Ｓ１１）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。

前記通電時間の補正値の検索（Ｓ１０）においては、
（１）内燃機関負荷（吸気圧、吸入空気量）により設定した通電時間の内燃機関負荷補正マップ（図２）
（２）点火時期変化に応じて設定した通電時間の点火時期補正マップ（図３）
（３）空燃比に応じて設定した通電時間の空燃比補正マップ（図４）
（４）スロットル開度変化率（若しくは、内燃機関１の回転速度変化率）に応じて設定した通電時間のスロットル開度変化率補正マップ（図５）
により各補正値を検索する。
これら検索した各補正値（Ｓ１０）で前記点火コイル通電時間マップの検索値（Ｓ０９）を補正して通電時間を設定し（Ｓ１１）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させ、判断（Ｓ０２）に戻る。なお、点火コイル通電時間マップの検索値（Ｓ０９）と点火コイル通電時間マップの検索値を各補正値で補正した設定値（Ｓ１１）とを比較し、小さい値を選択して通電時間を設定し（Ｓ１１）、設定した通電時間で点火コイル５２に通電して点火プラグ５３に火花放電させても良い。
また、図１のフローチャートにおいては、内燃機関１の回転速度などにより内燃機関１が停止した場合にプログラムをエンドにする（Ｓ１２）。

このように、内燃機関１の点火制御装置６７は、スロットル開度センサ５９により検出されたスロットル開度の変化率により補正値を検索して通電時間を補正することで、点火コイル５２ヘの通電時間を最適に設定することができる。この結果、点火プラグ５３の点火を良好に行うことができ、かつ消費電力の低減を図ることができる。

この発明は、スロットル開度の変化率により通電時間を補正することで、点火コイルヘの通電時間を最適に設定でき、点火プラグを備えた内燃機関に適用が可能である。

１ 内燃機関
６ 燃焼室
５２ 点火コイル
５３ 点火プラグ
５９ スロットル開度センサ
６２ クランク角センサ
６７ 点火制御装置
６８ 制御手段
７２ バッテリ電圧センサ
７３ 通電時間設定手段

Claims (1)

1. バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、
   内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記バッテリ電圧検出手段により検出されたバッテリ電圧と前記回転速度検出手段により検出された内燃機関の回転速度とに基づいて点火コイルヘの通電時間を設定する通電時間設定手段とを備え、
   前記通電時間設定手段により設定された通電時間に応じて点火コイルに通電して、点火プラグに火花放電用の高電圧を印加する内燃機関の点火制御装置において、
   内燃機関に供給する空気量を制御するスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段を備え、
   前記通電時間設定手段は、前記スロットル開度検出手段により検出されたスロットル開度の変化率を算出し、この変化率に応じて前記通電時間を補正することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。

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