JP2014163348A - Control device of spark-ignition type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火式内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling a spark ignition internal combustion engine.
火花点火式内燃機関では、気筒に設けられた点火プラグによって燃焼室内の混合気に点火する。点火の際、点火プラグは、点火コイルにて発生する誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を発生させる。 In a spark ignition type internal combustion engine, an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited by an ignition plug provided in a cylinder. At the time of ignition, the spark plug receives a voltage applied from the ignition coil and generates a spark discharge between the center electrode and the ground electrode.
点火コイルは、互いに磁気回路及び磁束を共有する一次側コイル及び二次側コイルの組であり、一次側コイルを流れる電流を遮断した瞬間に二次側コイルに高圧の誘導電圧を誘起するものである。それ故、火花点火に先んじて、一次側コイルに予めある大きさ以上の一次電流を流しておく必要がある。一次電流の通電/遮断の切り替えは、半導体スイッチング素子を用いたイグナイタを介して行う(例えば、下記特許文献1を参照)。 An ignition coil is a set of a primary side coil and a secondary side coil that share a magnetic circuit and magnetic flux with each other, and induces a high induced voltage in the secondary side coil at the moment when the current flowing through the primary side coil is cut off. is there. Therefore, prior to spark ignition, it is necessary to flow a primary current of a certain magnitude or more to the primary coil in advance. Switching between energization / cutoff of the primary current is performed via an igniter using a semiconductor switching element (see, for example, Patent Document 1 below).
電源バッテリから供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次電流は逓増する。その増加の速さは時間の経過とともに衰えてゆき、究極的には、印加される直流電圧と回路内部の抵抗との比に応じた電流量に飽和することとなる。 When energization is started by applying a DC voltage supplied from the power battery to the primary coil, the primary current increases. The speed of the increase decreases with the passage of time, and eventually saturates to an amount of current corresponding to the ratio between the applied DC voltage and the resistance in the circuit.
点火プラグにおいて火花放電を惹起するために要求される誘導電圧、換言すれば遮断前の一次電流の大きさは、上記の飽和電流量よりも小さい。近時のイグナイタには、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能が実装されている。この種のイグナイタは、一次側コイルを流れる一次電流を恒常的にセンシングし、その一次電流の大きさが既定値以下である間は半導体スイッチを点弧する一方、既定値を超えたときには半導体スイッチを消弧することで、一次電流を既定値にクリップする(例えば、下記特許文献2を参照)。 The induced voltage required to cause a spark discharge in the spark plug, in other words, the magnitude of the primary current before the interruption is smaller than the saturation current amount. Recent igniters are equipped with a current limiting function that suppresses excessive primary current. This type of igniter constantly senses the primary current flowing through the primary coil, and ignites the semiconductor switch while the magnitude of the primary current is below a predetermined value, while when it exceeds the predetermined value, the semiconductor switch Is extinguished to clip the primary current to a predetermined value (see, for example, Patent Document 2 below).
遮断前の一次電流の大きさが不足していると、一次電流の遮断後に二次側コイルに発生する誘導電圧が低くなり、混合気の着火及び燃焼に悪影響を及ぼす。よって、従来、一次電流を十分に増大させるべく、一次側コイルに通電する時間をコイルの発熱限界を超えない範囲でできるだけ長く設定することが通例であった。 If the magnitude of the primary current before the interruption is insufficient, the induced voltage generated in the secondary coil after the interruption of the primary current becomes low, which adversely affects the ignition and combustion of the air-fuel mixture. Therefore, conventionally, in order to sufficiently increase the primary current, it has been customary to set the time for energizing the primary side coil as long as possible without exceeding the heat generation limit of the coil.
このため、多くの場合、火花放電の直前期にはイグナイタの電流制限機能が働いている。一次側コイルに通電している時間のうち、イグナイタの電流制限機能が働く電流制限期間は、火花放電そのものには寄与せず、本来不要である。即ち、電流制限期間においては電気エネルギを浪費しており、その浪費が積み重なって燃費の低下につながっていた。 For this reason, in many cases, the current limiting function of the igniter is working immediately before the spark discharge. Of the time during which the primary side coil is energized, the current limiting period in which the current limiting function of the igniter operates does not contribute to the spark discharge itself and is essentially unnecessary. In other words, electric energy was wasted during the current limiting period, and the waste was accumulated, leading to a reduction in fuel consumption.
本発明は、点火コイルの一次側コイルへの通電時間を適正化し、不要なエネルギの浪費を抑制することを所期の目的としている。 An object of the present invention is to optimize the energization time to the primary coil of the ignition coil and suppress waste of unnecessary energy.
上述した課題を解決するべく、本発明では、気筒に設けられた点火プラグによる火花点火に先んじた点火コイルの一次側コイルへの通電の際、その通電を開始してから、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグにおける火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間を学習し、以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値またはEGR(Exhaust Gas Recirculation)率を表す指標値の何れか少なくとも一つに基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点を決定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置を構成した。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, when energizing the primary coil of the ignition coil prior to spark ignition by the spark plug provided in the cylinder, the energization is started and then the primary coil flows. The time required for the primary current to reach a value sufficient to cause a spark discharge in the spark plug is learned, and in the subsequent ignition opportunity, the current power battery is In consideration of a spare time determined based on at least one of an index value representing a state, an index value representing an internal combustion engine load, or an index value representing an EGR (Exhaust Gas Recirculation) rate, the primary current is cut off and a spark is generated. A control device for a spark ignition type internal combustion engine, wherein a starting point of energization to a primary coil is determined by calculating backward from a time point at which ignition should be caused Configured.
本発明によれば、点火コイルの一次側コイルへの通電時間を適正化でき、不要なエネルギの浪費を抑制することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electricity supply time to the primary side coil of an ignition coil can be optimized, and waste of unnecessary energy can be suppressed.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an
図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ12は、点火コイル14にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル14は、半導体スイッチング素子131を包有するイグナイタ13とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The
内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ13が受けると、まずイグナイタ13の半導体スイッチ131が点弧して点火コイル14の一次側に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ131が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。二次側の誘導電圧は、10kVないし30kVに達する。この高い誘導電圧が点火プラグ12の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the
点火コイル14の一次側コイルは、半導体スイッチ131を介して車載の電源バッテリ17に接続する。半導体スイッチ131を点弧し、バッテリ17から供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次側コイルを流れる一次電流は逓増する。
The primary coil of the
図3に、一次側コイルへの通電開始後の一次電流の推移を例示する。図3中、電流制限機能が働かない場合を破線で描画し、電流制限機能が働く場合を鎖線で描画している(実線については、後述する)。バッテリ17及び一次側コイルを含む電気回路をRL直列回路と仮定すると、t=0時点にて直流電圧Eを印加した場合の一次電流I(t)は、
I(t)={1−e-(R/L)t}E/R
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。十分に長い時間が経過すると、図3中の破線のように一次電流はE/Rに飽和する。
FIG. 3 illustrates the transition of the primary current after the start of energization of the primary coil. In FIG. 3, the case where the current limiting function does not work is drawn with a broken line, and the case where the current limiting function works is drawn with a chain line (the solid line will be described later). Assuming that the electric circuit including the battery 17 and the primary coil is an RL series circuit, the primary current I (t) when the DC voltage E is applied at time t = 0 is
I (t) = {1-e- (R / L) t } E / R
It becomes. That is, the primary current increases as a transient phenomenon, but the rate of increase gradually decreases. When a sufficiently long time elapses, the primary current saturates to E / R as shown by the broken line in FIG.
イグナイタ13は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタと同様である。具体的には、制御回路132が、検出抵抗133を介して、一次電流を当該抵抗133の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流(抵抗133の両端間電圧)の大きさが既定値以下である間は半導体スイッチ131を点弧する一方、既定値を超えたときには半導体スイッチ131を消弧する。これにより、一次電流を図3中の鎖線のように既定値にクリップする。
The
さらに、イグナイタ13は、点火コイル14またはイグナイタ13自身の温度が閾値を超えるような異常発熱を感知した場合に、一次側コイルへの通電を強制的に遮断する機能をも有している。
Further, the
ECU0は、燃料の爆発燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、燃焼状態の判定を行う。
The
図2に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部15と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部16とを備える。バイアス電源部15は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ151と、キャパシタ151の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード152と、電流阻止用のダイオード153、154と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗155とを含む。増幅部16は、オペアンプに代表される電圧増幅器161を含む。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a circuit for detecting an ionic current is added to the electric circuit for spark ignition. This detection circuit includes a bias
点火プラグ12の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ151が充電され、その後キャパシタ151に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗155にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗155の両端間の電圧は、増幅部16により増幅されてイオン電流信号hとしてECU0に受信される。
The
図4に、正常燃焼における、イオン電流及び気筒1内の燃焼圧力(筒内圧)のそれぞれの推移を例示する。図4中、イオン電流を実線で示し、燃焼圧を破線で示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。 FIG. 4 illustrates respective transitions of the ionic current and the combustion pressure in the cylinder 1 (in-cylinder pressure) in normal combustion. In FIG. 4, the ion current is indicated by a solid line, and the combustion pressure is indicated by a broken line. The ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure.
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-
内燃機関には、外部EGR装置2が付帯していることが多い。図1に示す外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における触媒41の上流側と吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側とを連通するEGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における排気マニホルド42またはその下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所、特にサージタンク33に接続している。
The internal combustion engine is often accompanied by an external EGR device 2. An external EGR device 2 shown in FIG. 1 realizes a so-called high-pressure loop EGR, and an
内燃機関の運転制御を司るECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号(N信号)b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、車載バッテリ17の状態を表す指標値(バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度のうち少なくとも一つまたは全て)を検出するバッテリセンサから出力されるバッテリ状態信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号(G信号)g、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力される電流信号h等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタ13に対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i for the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射時期(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火時期、要求EGR率(または、EGR量)といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、lを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
その上で、本実施形態のECU0は、燃焼の際に点火プラグ12の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用して、点火コイル14の一次側コイルへの通電時間、つまりはイグナイタ13における半導体スイッチ131の点弧のタイミングを学習する学習制御を実施する。
In addition, the
図5ないし図7に、ECU0からイグナイタ13に与える点火信号i、及びECU0がイオン電流検出用の回路を介して取得する電流信号hの値の時系列の推移を示す。電流信号hは、点火プラグ12の電極を流れる電流を表すものであり、点火プラグ12の両電極間の抵抗の大きさを表すものでもある。
FIGS. 5 to 7 show the time-series transition of the ignition signal i given from the
図5は、半導体スイッチ131の点弧のタイミングの学習を完了する前の段階における信号i、hの推移を示すものである。ECU0は、火花点火に先んじて半導体スイッチ131を点弧し、点火コイル14の一次側コイルに通電する。そして、点弧の時点t0から十分な通電時間が経過した時点t1にて半導体スイッチ131を消弧し、点火コイル14の一次側コイルへの通電を遮断する。
FIG. 5 shows the transition of the signals i and h before the completion of the learning of the ignition timing of the
正常燃焼の場合の電流信号hは、半導体スイッチ131の消弧に伴い点火プラグ12の両電極間に惹起される火花放電の期間を経過した時点t2の後に顕著に現れる、気筒1の燃焼室内に発生したイオン電流の信号を含むものとなる。より詳しくは、時点t2にてLC共振による信号が現れ、その後に燃焼に起因したイオン電流信号が現れる。
The current signal h in the case of normal combustion is noticeable after the time t 2 when a spark discharge period caused between the two electrodes of the
半導体スイッチ131の点弧時には、スパイク状のノイズが発生して電流信号hに重畳される。また、半導体スイッチ131の消弧前のある時点t3から消弧の時点t1までの期間において、電流信号hが振動している。この振動は、イグナイタ13の電流制限機能の働きによるものである。即ち、逓増する一次電流が時点t3にて規定値に到達し、その一次電流が規定値を超えるときに制御回路132が半導体スイッチ131を瞬断する(そして、一次電流が規定値以下になると半導体スイッチ131を再点弧する)動作を反復して行うことから、イオン電流検出用の回路に振動的なノイズが乗り、このノイズが電流信号hに重畳されるのである。
When the
一次側コイルに通電している時間のうち、イグナイタの電流制限機能が働く時点t3から時点t1までの電流制限期間は、火花放電そのものに寄与せず、本来不要である。一次電流が規定値に達している以上、既に一次電流は点火プラグ12による火花点火を行うために十分な誘導電圧を二次側コイルに誘起できる程度に大きくなっている。電流制限期間に一次側コイルへの通電を続けることにより消費される電気エネルギは、全くの無駄である。
Of the time during which the primary side coil is energized, the current limiting period from the time point t 3 to the time point t 1 at which the current limiting function of the igniter operates does not contribute to the spark discharge itself and is essentially unnecessary. As long as the primary current reaches the specified value, the primary current has already become large enough to induce an induced voltage in the secondary side coil sufficient for spark ignition by the
そこで、本実施形態のECU0は、一次側コイルに通電を開始した後、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグ12における火花放電を惹起するのに十分な値に到達する時点t3を学習する。そして、以後の点火の機会において、先に学習した時点t3を用いて、一次側コイルへの通電を開始する時点t0’を決定する。その狙いは、上記の電流制限期間をできる限り短くすることにある。
Therefore, the
ECU0は、一次側コイルへの通電中にイオン電流検出用の回路を介して取得される電流信号hを参照し、半導体スイッチ131の点弧時点t0から電流信号hが振動し始める時点t3までの経過時間を計測する。時点t0から時点t3までの経過時間は、一次電流の大きさが十分な値に達するまでに要する時間であると言える。 ECU0 refers to a current signal h which is obtained during the energization of the primary coil via the circuit for detecting an ion current, the time t 3 when a current signal h from the arc time t 0 point of the semiconductor switches 131 starts to vibrate Measure the elapsed time until. It can be said that the elapsed time from the time point t 0 to the time point t 3 is a time required until the magnitude of the primary current reaches a sufficient value.
あるいは、電流信号hが振動する時点t3から時点t1までの電流制限期間の長さを計測してもよい。一次側コイルへの通電時間、即ち半導体スイッチ131の点弧の時点t0及び消弧の時点t1は、ECU0にとって所与のものである。一次側コイルへの通電時間から電流制限期間の長さを減算すれば、一次電流の大きさが十分な値に達するまでに要する時間を得ることができる。
Alternatively, the length of the current limiting period from time t 3 to time t 1 when the current signal h oscillates may be measured. The energization time of the primary coil, that is, the time t 0 when the
ECU0は、計測した時点t3(時点t0から時点t3までの経過時間、または、時点t3から時点t1までの経過時間)を、学習値としてメモリに記憶保持する。言うまでもなく、時点t3は、一次電流の大きさが点火プラグ12における火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間を示唆している。
The
時点t3の学習は、広汎な運転領域[エンジン回転数,要求負荷]において実施することができる。加速の過渡期、減速の過渡期に限らず、運転領域が比較的変動せず安定している定常期においても、時点t3の学習を行う。 The learning at the time point t 3 can be performed in a wide operating range [engine speed, required load]. The learning at the time point t 3 is performed not only in the acceleration transition period and the deceleration transition period but also in the steady period in which the operation region is relatively stable and stable.
尤も、エンジン回転数が所定閾値を上回る高回転域では、時点t3を学習しないことが望ましい。高回転域では、各気筒1における膨張行程の頻度が高く、点火コイル14の一次側コイルに通電している時間の(吸気、圧縮、膨張、排気の一サイクルに対する)割合が大きくなって、点火コイル14が発熱する。点火コイル14の温度が顕著に高くなると、イグナイタ13が通電を強制的に遮断することになるが、このときに時点t3の学習を行うと、誤学習となってしまう。よって、高回転域では学習を行わない。
However, in a high speed region where the engine speed is above a predetermined threshold value, it is desirable not to learn the time t 3. In the high rotation range, the frequency of the expansion stroke in each cylinder 1 is high, and the ratio of the time during which the primary coil of the
また、時点t3の学習は、内燃機関の暖機が完了している、即ち冷却水温が所定値以上であるという条件を満足している場合に限り実施する。一次側コイルを含む電気回路の抵抗は温度によって変動するため、暖機完了前に学習を行うと誤学習となるおそれがある。上掲の一次電流I(t)の式に則して述べれば、抵抗Rが変化するとI(t)も変化するということである。よって、内燃機関の暖機が完了していない段階では行わない。 The learning at the time point t 3 is performed only when the internal combustion engine has been warmed up, that is, when the condition that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined value is satisfied. Since the resistance of the electric circuit including the primary coil varies depending on the temperature, if learning is performed before the warm-up is completed, there is a risk of erroneous learning. Stated in accordance with the above equation for the primary current I (t), I (t) changes as the resistance R changes. Therefore, it is not performed when the internal combustion engine is not warmed up.
時点t3の学習値を用いれば、電流制限期間を極小化する通電開始時点t0’を決定することが可能である。図6に、半導体スイッチ131の点弧のタイミングの学習を完了した後の段階において、後述する予備時間を加味しない理想的な通電開始時点t0’から半導体スイッチ131を点弧した場合の信号i、hの推移を示す。ECU0は、運転領域やノッキングの有無等に応じて設定する点火時期にタイミングを合わせて半導体スイッチ131を消弧することを前提として、その消弧時点t1の直前に一次側コイルを流れる一次電流が規定値近傍まで増大しているように、半導体スイッチの点弧時点t0’を決定する。
By using the learning value at time point t 3 , it is possible to determine the energization start time point t 0 ′ that minimizes the current limiting period. FIG. 6 shows a signal i when the
具体的には、ECU0が、新たな点弧時点t0’から消弧時点t1までの経過時間が、過去の学習において計測した点弧時点t0から電流制限期間の開始時点t3までの経過時間にほぼ等しくなるように時点t0’を決定する。あるいは、過去の学習における点弧時点t0から新たな点弧時点t0’までの遷移の時間差が、過去の学習において計測した電流制限期間の長さ、即ち電流制限期間の開始時点t3から消弧時点t1までの経過時間にほぼ等しくなるように時点t0’を決定する。 Specifically, ECU0 is, the elapsed time from the new ignition point t 0 'to the arc extinguishing time t 1 is, from the arc time t 0 point measured in the past learning to the starting point t 3 of the current limiting time period The time point t 0 ′ is determined so as to be approximately equal to the elapsed time. Alternatively, the time difference of transition from the starting time t 0 in the past learning to the new starting time t 0 ′ is the length of the current limiting period measured in the past learning, that is, from the starting time t 3 of the current limiting period. The time point t 0 ′ is determined so as to be approximately equal to the elapsed time until the arc extinguishing time point t 1 .
さすれば、電流制限期間が最小となる。図3では、学習値t3によらない通電開始時点t0から半導体スイッチ131を点弧した場合の一次電流の推移を鎖線で描画し、学習値t3に基づく理想的な通電開始時点t0’から半導体スイッチ131を点弧した場合の一次電流の推移を実線で描画している。
If so, the current limiting period is minimized. In FIG. 3, the transition of the primary current when the
但し、理想的な通電開始時点t0’から一次側コイルへの通電を開始することが、常に適切であるとは限らない。 However, it is not always appropriate to start energization of the primary coil from the ideal energization start time t 0 ′.
まず、一次側コイルを流れる一次電流の逓増の速さが、そのときのバッテリ17の充電量その他の状態如何によって変わる。上掲の一次電流I(t)の式に則して述べれば、バッテリ電圧Eが変化するとI(t)も変化するということである。バッテリ電圧が低い状況下で、理想的な通電開始時点t0’から半導体スイッチ131を点弧した場合、これを消弧する時点t1で一次電流が必要十分な大きさに到達せず、二次側コイルに十分な高電圧を誘起できない。
First, the increasing speed of the primary current flowing through the primary side coil varies depending on the amount of charge of the battery 17 at that time and other conditions. Stated in accordance with the above equation for the primary current I (t), I (t) changes as the battery voltage E changes. When the
さらに、火花放電による混合気への着火のし易さや、混合気の燃焼の安定性は、そのときの内燃機関の負荷(出力)、吸気のEGR率等による影響を受ける。高負荷運転時は、気筒1に充填される吸気量及び燃料噴射量が多く、点火時期における気筒1内の混合気の圧力及び密度が高いことから、点火プラグ12の電極間で火花放電を惹起するためにより大きな印加電圧が要求される。
Furthermore, the ease of ignition of the air-fuel mixture by spark discharge and the stability of combustion of the air-fuel mixture are affected by the load (output) of the internal combustion engine at that time, the EGR rate of the intake air, and the like. During high-load operation, the amount of intake air and fuel injected into the cylinder 1 is large, and the pressure and density of the air-fuel mixture in the cylinder 1 at the ignition timing are high, causing spark discharge between the electrodes of the
低負荷運転時は、気筒1に充填される吸気量及び燃料噴射量が少なく、点火時期における気筒1内の混合気の圧力及び密度が低い。確実に着火燃焼させるには、火花放電の時間を長く延ばすことが望ましく、そのためには点火コイル14にできるだけ大きな電気エネルギを蓄えておく必要がある。
During low load operation, the intake air amount and fuel injection amount charged into the cylinder 1 are small, and the pressure and density of the air-fuel mixture in the cylinder 1 at the ignition timing are low. To ensure ignition and combustion, it is desirable to lengthen the spark discharge time, and for that purpose, it is necessary to store as much electrical energy as possible in the
加えて、混合気のEGR率が高い場合には、そもそも燃焼が不安定となりやすい。 In addition, when the EGR rate of the air-fuel mixture is high, combustion tends to become unstable in the first place.
何れにせよ、理想的な通電開始時点t0’から半導体スイッチ131を点弧すると、消弧時点t1での一次電流の大きさが不足するおそれがある。
In any case, if the
故に、本実施形態では、過去に学習した所要時間に、現在の電源バッテリ17の状態を表す指標値、現在の内燃機関の負荷を表す指標値、現在のEGR率を表す指標値に基づいて定められる予備時間を加味した上、点火時期即ち一次電流を遮断する時点t1から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点t0’’を決定することとしている。 Therefore, in the present embodiment, the required time learned in the past is determined based on an index value representing the current state of the power supply battery 17, an index value representing the current load of the internal combustion engine, and an index value representing the current EGR rate. upon adding the preliminary time being, by calculating back from the time point t 1 to cut off the ignition timing or primary current has been decided to determine the energization start time point t 0 '' to the primary side coil.
図7に、予備時間を加味した通電開始時点t0’’から半導体スイッチ131を点弧した場合の信号i、hの推移を示す。通電開始時点t0’’から理想の時点t0’までの経過時間が、ECU0が定める予備時間である。この予備時間の分だけ、通電開始時点t0’’が早まり、一次側コイルに通電する時間が長くなり、半導体スイッチ131の消弧時点t1にて一次電流が不足するおそれが小さくなる。
FIG. 7 shows transitions of the signals i and h when the
バッテリ17の状態を表す指標値の例としては、バッテリ17の端子電圧が挙げられる。図8に示すように、本実施形態のECU0は、現在のバッテリ電圧が低いほど、長い予備時間を設定する。バッテリ電圧に対する予備時間の変化率(特性曲線の勾配)は、バッテリ電圧が比較的高い領域では小さく、バッテリ電圧が比較的低い領域では大きい。これは、バッテリ電圧が低いほど、火花放電による着火に失敗する可能性が高いことによる。
An example of the index value indicating the state of the battery 17 is the terminal voltage of the battery 17. As shown in FIG. 8, the
内燃機関の負荷を表す指標値の例としては、サージタンク33内圧力、アクセル開度、気筒1に充填される吸気量等が挙げられる。低負荷運転時の着火性を重視する(中高負荷では着火に失敗する可能性が低いと想定される)ならば、図9に示すように、現在のサージタンク内33が低い(または、アクセル開度が小さい、吸気量が少ない)ほど、長い予備時間を設定する。翻って、高負荷運転時の着火性を重視する(低中負荷では着火に失敗する可能性が低いと想定される)ならば、図10に示すように、現在のサージタンク内33が高い(または、アクセル開度が大きい、吸気量が多い)ほど、長い予備時間を設定する。
Examples of index values representing the load of the internal combustion engine include the pressure in the
低負荷運転時、高負荷運転時の双方を重視するならば、図11に示すように、比較的低負荷の運転領域にてサージタンク内33が低いほど長い予備時間を設定し、比較的高負荷の運転領域にてサージタンク内33が高いほど長い予備時間を設定する。中負荷領域では、予備時間が最も短くなる。
If both the low load operation and the high load operation are emphasized, as shown in FIG. 11, a longer reserve time is set as the
EGR率を表す指標値の例としては、ECU0が演算している要求EGR率や、EGRバルブ23の開度等が挙げられる。図12に示すように、ECU0は、現在の要求EGR率が高いほど(または、EGRバルブ23の開度が大きいほど)、長い予備時間を設定する。
Examples of the index value representing the EGR rate include the required EGR rate calculated by the
ECU0が、上記の予備時間を加味して決定した点弧時点t0’’にて半導体スイッチ131を点弧することで、点火時期のタイミングに合わせた消弧時点t1にて、一次側コイルを流れる一次電流が規定値近傍まで増大している状態を実現できる。いわば、過去に学習した学習値t3に依拠する通電開始時点t0’を、刻々と変化し得るバッテリ17や内燃機関の現況に応じて補正するフィードフォワード制御により、一次側コイルへの通電時間を最適化して、点火プラグ12における火花放電及び混合気への着火を確実ならしめることができる。
The ECU 0 ignites the
しかも、図7に示しているように、無駄な通電時間である、一次電流が規定値にクリップされる電流制限期間(時点t3から時点t1まで)の長さを可及的に短縮することができ、エネルギの消費量を削減できる。 Moreover, as shown in FIG. 7, the length of the current limiting period (from time t 3 to time t 1 ) during which the primary current is clipped to the specified value, which is a wasteful energization time, is reduced as much as possible. Energy consumption can be reduced.
時点t3の学習、及び学習した時点t3を用いた半導体スイッチ131の点弧のタイミングt0’’の制御は、気筒1毎に個別に行う。時点t3の学習値は気筒1毎に異なり、半導体スイッチ131の点弧のタイミングt0’’もまた気筒1毎に異なり得る。
Learning time t 3, and the control of the timing t 0 '' of the ignition of the
バッテリが十分に充電されている場合、内燃機関の状況によっては、予備時間が0となり、通電開始時点t0’’が理想の時点t0’に等しくなることもあり得る。 If the battery is sufficiently charged, depending on the situation of the internal combustion engine, the reserve time may be 0, and the energization start time t 0 ″ may be equal to the ideal time t 0 ′.
バッテリ17の状態に基づく予備時間、内燃機関の負荷に基づく予備時間、EGR率に基づく予備時間は、全てを加味して通電開始時点t0’’を決定してもよいし、これらのうちの一部のみを加味して通電開始時点t0’’を決定してもよい。 The preparatory time based on the state of the battery 17, the preparatory time based on the load of the internal combustion engine, and the preparatory time based on the EGR rate may be all taken into consideration to determine the energization start time t 0 ″. The energization start time t 0 ″ may be determined by taking into account only a part.
本実施形態では、燃焼の際に点火プラグ12の電極を流れるイオン電流を検出する回路を利用し、点火プラグ12による火花点火に先んじた点火コイル14の一次側コイルへの通電の際、その通電を開始してから、一次側コイルを流れる一次電流の大きさが点火プラグ12における火花放電を惹起するのに十分な値に到達するまでの所要時間(学習値t3)を学習し、以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリ17の状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値またはEGR率を表す指標値の何れか少なくとも一つに基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点t1から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点t0’’を決定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置0を構成した。
In the present embodiment, a circuit that detects an ionic current that flows through the electrode of the
本実施形態によれば、既に一次電流が火花放電を惹起するのに十分な大きさになっているにもかかわらず、一次側コイルに通電し続けることによる電気エネルギの浪費を低減することができる。ひいては、燃費の一層の向上に資する。 According to this embodiment, it is possible to reduce the waste of electric energy caused by continuing to energize the primary side coil even though the primary current is already large enough to cause a spark discharge. . As a result, it contributes to further improvement of fuel consumption.
加えて、一次側コイルに通電を開始してから一次電流の大きさが十分な値に到達するまでに要する通電時間は、一次側コイルと接続しているバッテリ17の充電状態如何によって変動し得る。また、火花放電による着火のし易さや燃焼の安定性は、そのときの内燃機関の負荷、EGR率等による影響を受ける。一次側コイルへの通電開始時点t0’’を決定するにあたり、過去に学習した所要時間に、現在のバッテリの充電状態、機関負荷、EGR率等に応じた予備時間を加味することで、着火及び燃焼の確実性が高まる。 In addition, the energization time required for the primary current to reach a sufficient value after energization of the primary coil can vary depending on the state of charge of the battery 17 connected to the primary coil. . In addition, the ease of ignition by spark discharge and the stability of combustion are affected by the load of the internal combustion engine, the EGR rate, etc. at that time. In determining the energization start time t 0 ″ for the primary side coil, the ignition time is determined by adding the spare time according to the current battery charge state, engine load, EGR rate, etc. to the required time learned in the past. And the certainty of combustion is increased.
さらには、上記の所要時間の学習を通じて、点火コイル14の個体差または点火系の電気回路の個体差を吸収することができる。
Furthermore, the individual difference of the
点火コイル14に通電している時間が短縮(電流制限期間が減少)することで、点火コイル14の過加熱を抑制することにつながり、点火コイル14を含む点火系の寿命の延長にも奏効する。
By shortening the time during which the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、ECU0が、イオン電流検出用の回路を介して点火コイル14の二次側コイルを流れる振動的な電流信号hを取得し、これを基に学習を行っていた。しかしながら、二次側コイルを流れる電流hを検出可能な回路であれば、燃焼の際に発生するイオン電流の検出を目的とした回路である必要はない。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, in the above-described embodiment, the
これ以外に、一次側コイルを流れる一次電流の大きさを直接計測可能な回路を併設しておき、ECU0がこの回路を介して一次電流を恒常的にサンプリング計測し、一次電流が火花放電を惹起するのに十分な規定値に到達するために要する所要時間(到達時点t3)を学習値として知得するものとしてもよい。
In addition to this, a circuit that can directly measure the magnitude of the primary current flowing through the primary coil is provided, and the
予備時間を定めるために参酌されるEGR率(または、EGR量)は、内部EGR率であることがあり、あるいは、外部EGR率と内部EGR率とを総合したEGR率であることがある。内燃機関が、吸気バルブ及び/または排気バルブの開閉タイミングを変化させることのできるVVT(Variable Valve Timing)機構を備えたものである場合には、そのVVT機構により実現されるバルブタイミング、または吸気バルブと排気バルブとがともに開弁するバルブオーバラップ期間を、内部EGR率を表す指標値とし、これが大きいほど長い予備時間を設定することが考えられる。 The EGR rate (or EGR amount) taken into consideration for determining the reserve time may be an internal EGR rate, or may be an EGR rate obtained by combining the external EGR rate and the internal EGR rate. When the internal combustion engine includes a VVT (Variable Valve Timing) mechanism that can change the opening / closing timing of the intake valve and / or the exhaust valve, the valve timing realized by the VVT mechanism, or the intake valve The valve overlap period during which both the exhaust valve and the exhaust valve are opened is considered to be an index value representing the internal EGR rate, and a longer preliminary time may be set as the value increases.
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…点火プラグ
13…イグナイタ
14…点火コイル
17…電源バッテリ
d…バッテリ状態信号
i…点火信号
h…電流信号
t0’…学習した所要時間に基づいて決定される一次側コイルへの通電開始時点
t0’’…学習した所要時間に予備時間を加味したものに基づいて決定される一次側コイルへの通電開始時点
t3…一次電流の大きさが火花放電の惹起に十分な値まで増大する時点
0 ... Control unit (ECU)
1 ...
Claims (1)
以後の点火の機会において、先に学習した所要時間に、現在の電源バッテリの状態を表す指標値、内燃機関の負荷を表す指標値またはEGR率を表す指標値の何れか少なくとも一つに基づいて定められる予備時間を加味した上、一次電流を遮断し火花点火を惹起するべき時点から逆算して、一次側コイルへの通電開始時点を決定することを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。 When energizing the primary coil of the ignition coil prior to the spark ignition by the spark plug provided in the cylinder, the magnitude of the primary current flowing through the primary coil after starting the energization causes spark discharge in the spark plug. Learn how long it takes to reach a value sufficient to trigger,
At the subsequent ignition opportunity, based on at least one of an index value representing the current state of the power supply battery, an index value representing the load of the internal combustion engine, and an index value representing the EGR rate at the previously learned required time. A control device for a spark ignition type internal combustion engine characterized by determining a start time of energization to a primary coil by calculating backward from a time point at which a primary current is cut off and spark ignition should be caused in consideration of a predetermined reserve time .
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