JP2015166572A - Ignition control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの点火制御装置に関する。 The present invention relates to an engine ignition control device.
エンジンの点火制御装置は、直流電源に接続された1次コイルに1次電流を通電して点火コイルに磁気エネルギを蓄える。そして、1次電流を遮断した際に2次コイルに発生した高電圧を点火プラグの中心電極と接地電極との間のギャップに印加することで、点火プラグのギャップ間に火花放電を生じさせている。 An engine ignition control device energizes a primary current to a primary coil connected to a DC power source to store magnetic energy in the ignition coil. A high voltage generated in the secondary coil when the primary current is cut off is applied to the gap between the center electrode and the ground electrode of the spark plug, thereby causing a spark discharge between the spark plug gap. Yes.
この種のエンジンの点火制御装置において、エンジンの運転状態に応じて点火プラグの火花放電のエネルギを増減させる制御を行うものが開示されている(特許文献1参照)。 In this type of engine ignition control device, there is disclosed one that performs control to increase or decrease the spark discharge energy of the spark plug in accordance with the operating state of the engine (see Patent Document 1).
点火プラグは、車両走行に伴い火花放電が繰り返されることで次第に劣化する。点火プラグが劣化すると、火花放電(点火プラグのギャップ間での絶縁破壊)に必要な電圧(以下、要求電圧と記す)が上昇するため、点火プラグのギャップ間に要求電圧の上昇を満たす高電圧を誘起させるためには、点火コイルに蓄えるエネルギ量を増加させる必要が生じる。しかし従来技術においては、点火プラグの劣化に伴う要求電圧の上昇については考慮されておらず、点火プラグが劣化した状態で、放電エネルギを減少させる制御が行われた際に、飛火ミス等の不具合が発生される懸念がある。 The spark plug gradually deteriorates due to repeated spark discharge as the vehicle travels. When the spark plug deteriorates, the voltage (hereinafter referred to as the required voltage) required for spark discharge (dielectric breakdown between the spark plug gaps) increases, so a high voltage that satisfies the increase in the required voltage between the spark plug gaps. Therefore, it is necessary to increase the amount of energy stored in the ignition coil. However, the conventional technology does not take into account the increase in the required voltage due to the deterioration of the spark plug. When the control is performed to reduce the discharge energy in the state where the spark plug is deteriorated, there is a problem such as a missed fire. There is a concern that will occur.
これを防ぐために、点火プラグの劣化に伴う要求電圧の上昇を見越して、点火コイルに蓄えられるエネルギ量を予め増大させておく(余裕を持たせておく)ことが想定される。すなわち点火プラグが劣化した際の要求電圧を満たす高電圧が常にギャップ間に印加されるようにすることが想定される。しかしこの場合には、点火プラグが劣化していない場合の燃費が低下する他、ギャップ間に誘起される電圧値が高くなることで、点火プラグの劣化が加速される懸念がある。 In order to prevent this, it is assumed that the amount of energy stored in the ignition coil is increased in advance (with a margin) in anticipation of an increase in the required voltage accompanying the deterioration of the spark plug. That is, it is assumed that a high voltage that satisfies the required voltage when the spark plug deteriorates is always applied between the gaps. However, in this case, there is a concern that the fuel consumption in the case where the spark plug is not deteriorated is reduced and the voltage value induced between the gaps is increased, so that the deterioration of the spark plug is accelerated.
本発明は、バッテリの電力消費を抑えつつ、点火プラグの状態に応じた点火制御を行うことができるエンジンの点火制御装置を提供することを技術課題とする。 An object of the present invention is to provide an engine ignition control device capable of performing ignition control in accordance with the state of the spark plug while suppressing power consumption of the battery.
本発明におけるエンジンの点火装置は、1次コイル及び2次コイルを有する点火コイルと、1次コイルに流れる1次電流の遮断に伴い2次コイルに誘起された2次電圧によりエンジンの気筒内において一対の対向電極間に点火放電を生じさせる点火プラグとを備える点火システムに適用され、前記点火プラグの点火動作を制御する点火制御装置であって、エンジンの運転状態に基づいて1次コイルの1次電流の通電時間を設定する通電時間設定出手段と、点火プラグの劣化状態を示す劣化パラメータを取得する劣化状態取得手段と、点火プラグの劣化状態に基づいて通電時間を補正する通電時間補正手段と、を備えることを特徴とする。 An ignition device for an engine according to the present invention includes an ignition coil having a primary coil and a secondary coil, and a secondary voltage induced in the secondary coil when the primary current flowing through the primary coil is interrupted. An ignition control device that is applied to an ignition system that includes an ignition plug that generates an ignition discharge between a pair of opposed electrodes and that controls the ignition operation of the ignition plug, and that is one of the primary coils based on the operating state of the engine. Energization time setting output means for setting the energization time of the next current, deterioration state acquisition means for acquiring a deterioration parameter indicating the deterioration state of the spark plug, and energization time correction means for correcting the energization time based on the deterioration state of the spark plug And.
上記構成では、点火プラグの劣化状態を検出し、点火プラグの劣化状態に応じて、1次コイルの通電時間を補正することで、点火プラグの劣化状態に応じて点火制御を適正に実施することができる。 In the above configuration, by detecting the deterioration state of the spark plug and correcting the energization time of the primary coil according to the deterioration state of the spark plug, the ignition control is appropriately performed according to the deterioration state of the spark plug. Can do.
以下、本発明にかかるエンジンの点火制御装置について図面を参照しつつ説明する。なお、エンジンは自動車等の車両の動力源として用いられる。 Hereinafter, an engine ignition control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. The engine is used as a power source for vehicles such as automobiles.
図1はエンジンシステムの構成図である。エンジンシステム10は、火花点火式エンジンであるエンジン11を備えている。エンジン11の本体部を構成するエンジンブロック11aの内部には、気筒11bが形成されている。気筒11bは、ピストン12を往復移動可能に収容するように設けられている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine system. The engine system 10 includes an engine 11 that is a spark ignition engine. A
エンジンブロック11aの上部であるシリンダヘッドH(図2参照)には、吸気ポート13及び排気ポート14が、気筒11bと連通可能に形成されている。また、このシリンダヘッドHには、吸気バルブ15と排気バルブ16とが装着されている。さらに、エンジンブロック11aには、インジェクタ18及び点火プラグ40が装着されている。点火プラグ40は、気筒11b内にて燃料混合気を点火するように設けられている。
An
吸気管21aにおける、サージタンク21bよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ25が設けられている。スロットルバルブ25は、その開度が、DCモータ等のスロットルアクチュエータ26の動作によって制御されるようになっている。
A
またエンジンシステム10には、エンジン11の運転状態を検出する各種センサが搭載されている。回転速度センサ33は、ピストン12の往復運動に伴って回転する図示しないクランクシャフトの回転角度に応じたパルス状の出力を生じる。冷却水温センサ34は、エンジン11の冷却液の温度である冷却水温Twを検出(取得)するためのセンサである。
The engine system 10 is equipped with various sensors that detect the operating state of the engine 11. The
エアフローメータ35は、吸入空気量(吸気管21aを通流して気筒11b内に導入される吸入空気の質量流量)を検出(取得)するためのセンサである。吸気圧センサ36は、吸気管21a内の圧力である吸気圧を検出(取得)するためのセンサである。
The
車速センサ54は図示を略す車両の車輪又はトランスミッションの出力軸に配設され、車両の走行速度を検出する。バッテリ電圧センサ52aは、バッテリ52の端子間に接続され、バッテリ52の電圧を検出する。
The
またエンジンシステム10の点火制御ユニット30は、気筒11b内の燃料混合気を点火するための火花放電を生じさせる点火プラグ40と、点火プラグ40の点火制御を実施するECU32とを備えている。図2に点火プラグ40の構成図を示す。図3に点火制御ユニット30の回路構成を示す。
The
図2に示されるように、点火プラグ40は、略円柱状の中心電極41と略L字型の接地電極42とを有し、これらの電極41,42をエンジン11の気筒11b(燃焼室)に突出させた状態でエンジン11のシリンダヘッドHに取り付けられている。中心電極41は絶縁碍子43によって保持されている。接地電極42は、中心電極41と対向する位置に配置され、ハウジング44に溶接固定されている。これにより中心電極41と接地電極42の間にギャップGを形成している(図3参照)。なお中心電極41と接地電極42との間は絶縁碍子43で絶縁されている。ハウジング44は金属体よりなり、点火プラグ40がシリンダヘッドHに取り付けられて、ハウジング44及び接地電極42の電位が接地電位とされている。
As shown in FIG. 2, the
図3において、点火制御ユニット30は、1次コイル51aと、1次コイル51aに磁気結合された2次コイル51bとからなる点火コイル51を備えている。2次コイル51bの両端のうち一端は、低圧側経路L1を介してバッテリ52の正極側、すなわち基準となる電位を有する部材に接続されている。2次コイル51bの他端は、接続経路L2を介して中心電極41に接続されている。バッテリ52は例えば12Vの鉛電池でありその負極側は接地されている。
In FIG. 3, the
1次コイル51aの両端のうち一端は、バッテリ52の正極側に接続され、他端は電子制御式の開閉手段であるスイッチング素子53の入出力端子を介して接地されている。本実施形態では、スイッチング素子53として、NチャネルMOSFETを用いている。
One end of both ends of the
図1において、ECU32は、上記の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン11の運転状態(以下「エンジンパラメータ」と略称する。)に応じて各種制御を行う。すなわち、ECU32は車速センサ54による車速の検出結果の履歴に基づき車両の累積走行距離Dを算出する。またインジェクタ18及び点火制御ユニット30を含む各部の点火動作を制御したりする。
In FIG. 1, the ECU 32 performs various controls according to the operating state of the engine 11 (hereinafter referred to as “engine parameter”) acquired based on the outputs of the various sensors. That is, the ECU 32 calculates the cumulative travel distance D of the vehicle based on the history of vehicle speed detection results by the
より具体的には、ECU32は点火制御として、エンジンパラメータに基づき点火信号IGtを生成するとともに、点火プラグ40に放電火花を生じさせるべく、スイッチング素子53の開閉制御端子(ゲート)に対して点火信号IGtを出力する。
More specifically, the
またECU32は、スイッチング素子53のゲートに入力される点火信号IGtがオン点火信号とされることでスイッチング素子53をオン状態にする。これにより、バッテリ52による1次コイル51aへの通電が開始され、点火コイル51に磁気エネルギが蓄積される。
Further, the
1次コイル51aの通電時間は、回転速度センサ33で取得されるエンジン回転速度NEと、バッテリ電圧センサ52aで検出されるバッテリ電圧VBとに基づいて算出される。例えばECU32は、エンジン回転速度NEとバッテリ電圧VBとの2次元マップを用いて、1次コイル51aの通電時間を算出する。
The energization time of the
1次コイル51aへの所定の通電時間での通電が完了され、点火信号IGtがオフ点火信号とされると、スイッチング素子53はオフ状態となり、2次コイル51bの両端の極性が反転して2次コイル51bに高電圧が誘起され、点火プラグ40の中心電極41と接地電極42との間隙であるギャップGに高電圧V2が印加される。
When energization of the
ところで、点火プラグ40は、車両走行に伴い火花放電が繰り返されることで次第に劣化し、これに伴いギャップGに火花放電を生じさせるために必要な電圧である要求電圧が上昇する。すなわち、火花放電の繰り返しによって略円柱状の中心電極41の角部分が次第に消耗すると、点火コイル51に蓄えられたエネルギが中心電極41の先端部分に集中しがたくなり、ギャップGに火花放電を誘起させるために必要となる中心電極41と接地電極42との間の要求電圧が上昇する。
By the way, the
そこで、点火プラグ40が交換時期となるまでギャップGに誘起される電圧が要求電圧を満たすことができるように、点火コイル51に蓄えられるエネルギ量を予め増大させておくことが想定される。しかし、この場合には点火プラグ40が劣化していない状況下において、不要なエネルギ消費が生じ、燃費の低下に繋がる。またギャップGに誘起される電圧が高くなることは、点火プラグ40の劣化を加速させることに繋がる。
Therefore, it is assumed that the amount of energy stored in the
また、点火プラグ40の劣化は車両の走行距離と相関があり、走行距離に比例して要求電圧が高くなる傾向がある。そこで本実施形態では車両の累積走行距離をパラメータとして、点火プラグ40の劣化状態を求め、点火プラグ40の劣化に伴う要求電圧の上昇に対応させて、1次コイル51aの通電時間が決定されるようにする。なお本実施形態で記す累積走行距離は、点火プラグ40の新品状態からの総走行距離であるとする(例えばプラグ交換が実施されてからの総走行距離であるとする)。
The deterioration of the
図4に本実施形態に係る1次コイル51aの通電時間演算処理のフローチャートを示す。なお、図4の処理はエンジン11が運転状態の際に繰り返し実施される。
FIG. 4 shows a flowchart of the energization time calculation process of the
まずステップS11で、バッテリ電圧センサ52aの検出値からバッテリ電圧VBを検出する。続くステップS12では、回転速度センサ33の検出信号から、エンジン回転速度NEを検出する。続くステップS13では、バッテリ電圧VBとエンジン回転速度NEとから、基本となる通電時間(以下、基本通電時間T0と記す)を算出する。例えばバッテリ電圧VBとエンジン回転速度NEの2次元マップを用いて基本通電時間T0を算出する。なお基本通電時間T0は、高負荷時における発熱量に対して点火コイル51が許容可能な通電時間の最大値に設定されているとする。
First, in step S11, the battery voltage VB is detected from the detected value of the
続くステップS14では、車速センサ54の検出結果から算出された車両の累積走行距離Dを取得する。続くステップS15では、車両の累積走行距離Dを用いて、走行距離の補正係数fDを算出する。例えば、図5に示される走行距離の補正係数fDの算出マップを用いて、補正係数fDを算出する。なお図5の例では、点火プラグ40の使用開始時(走行距離D0=0)での補正係数fD=αに設定されており、累積走行距離Dに応じて補正係数fDがリニアに増加する例が示されている。
In the following step S14, the cumulative travel distance D of the vehicle calculated from the detection result of the
続くステップS16では、補正後の通電時間を算出する(以下、補正通電時間T1と記す)。ここでは補正通電時間T1=(基本通電時間T0)×(補正係数fD)として算出され、累積走行距離の増加に伴い1次コイル51aの通電時間が増加する。続くステップS17では、ステップS16で算出した補正通電時間T1に基づいて、点火信号IGtをセットする。例えば、補正通電時間T1をECU32の図示を略すタイマに出力して、1次コイル51aの通電開始時刻をセットする。
In the subsequent step S16, a corrected energization time is calculated (hereinafter referred to as a corrected energization time T1). Here, the correction energization time T1 = (basic energization time T0) × (correction coefficient fD) is calculated, and the energization time of the
上記によれば以下の優れた効果を奏する。 According to the above, the following excellent effects are exhibited.
・点火プラグ40が劣化すると、火花放電を生じさせるための要求電圧が増加し、飛火ミス等の不具合が生じる可能性が高くなる。一方、これを回避するために、1次コイル51aに蓄えるエネルギ量を予め増加させるべく、1次コイル51aの通電時間を予め長くしておく場合には燃費の低下を招く。そこで、点火プラグ40の劣化状態を検出し、点火プラグ40の劣化状態に応じて、1次コイル51aの通電時間を補正する。この場合、点火プラグ40の劣化状態に応じて点火制御を適正に実施することができる。
-When the
・点火プラグ40の劣化は、車両の累積走行距離と相関がある。そこで車両の累積走行距離に応じて1次コイル51aの通電時間が補正されることで、点火プラグ40の劣化状態に応じて、点火プラグ40の点火制御を適正に実施することができる。
The deterioration of the
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。 The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows.
・中心電極41の先端角部分の消耗は、点火コイル51に蓄えられる点火エネルギが大きいほど生じやすくなると考えられる。また、その中心電極41の先端部分の消耗は、点火プラグ40の使用当初から生じるのではなく、車両の累積走行距離がある程度の距離になってから生じ始めると考えられる。この点、点火プラグ40の劣化の程度が所定未満の場合における当該劣化の程度に対する通電時間の増加の比率である第1増加比率を、点火プラグ40の劣化の程度が所定以上の場合における当該劣化の程度に対する通電時間の増加の比率である第2増加比率よりも小さくするようにして、通電時間を補正するようにしてもよい。
The consumption of the tip corner portion of the
具体的には、図6の変形例に示すように、累積走行距離が所定値K1になるまでは、点火プラグ40の劣化の程度が所定未満であるとし、累積走行距離に対する補正係数fDの増加の比率をR1とする。また、累積走行距離が所定値K1になった後は、点火プラグ40の劣化の程度が所定以上であるとし、累積走行距離に対する補正係数fDの増加の比率をR2とする。この場合、これらR1,R2をR1<R2とする。なお、累積走行距離が所定値K1になるまでの期間においては、累積走行距離に対する補正係数fDの増加の比率を0(R1=0)としてもよい。
Specifically, as shown in the modified example of FIG. 6, it is assumed that the degree of deterioration of the
また、図7の変用例に示されるように、累積走行距離が所定値K1になった後において、fDを徐々に大きくすることに代えて、fD=αよりも大きい所定値に変更する構成であってもよい。この場合、車両の累積走行距離が所定値K1になるまでは、点火プラグ40の劣化(電極先端部分の消耗)の抑制を優先して点火制御を実施でき、総走行距離が所定値K1になった後は、点火プラグ40の劣化に起因する点火不具合の抑制を優先して点火制御を実施できる。
Further, as shown in the modified example of FIG. 7, after the cumulative travel distance reaches the predetermined value K1, instead of gradually increasing fD, the configuration is changed to a predetermined value larger than fD = α. There may be. In this case, until the cumulative travel distance of the vehicle reaches the predetermined value K1, ignition control can be performed with priority given to suppression of deterioration of the spark plug 40 (consumption of the electrode tip), and the total travel distance becomes the predetermined value K1. After that, the ignition control can be performed with priority given to the suppression of the ignition failure caused by the deterioration of the
以上のように、累積走行距離が短く点火プラグ40の劣化が生じていない場合(劣化の程度が所定未満の場合)に、1次コイル51aの通電時間が抑えられるようにすることで、点火プラグ40の劣化の進行を優先的に抑えることができる。一方、車両の累積走行距離が所定以上となり点火プラグ40の劣化が生じている場合(劣化の程度が所定以上の場合)に、1次コイル51aの通電時間を増加させることで、点火プラグ40に蓄えられるエネルギが増大されることで、点火プラグ40の劣化に伴う不具合の発生を優先的に抑えることができる。これにより、燃費を抑えつつ点火プラグ40の点火制御を適正に実施できる。
As described above, when the cumulative travel distance is short and the
・上記では、エンジン回転速度NEとバッテリ電圧VBとに基づき1次コイル51aの基本通電時間を算出する例を示した。これ以外にも基本通電時間は固定値であってもよい。例えば、累積走行距離が所定以上と判定された際に、1次コイル51aの通電時間が一定量増加されてもよい。
In the above, the example in which the basic energization time of the
・エンジン負荷が大きい走行パターンが繰り返される場合には、点火プラグ40の劣化の進行が早まる傾向がある。すなわち、坂道走行(上り坂走行)や高速道路走行等の高負荷の走行パターンが繰り返されることにより、点火プラグ40の劣化が加速されることが想定される。そこで、車両の走行パターンの履歴に応じて1次コイル51aの通電時間が設定されてもよい。例えば、車両の走行時におけるエンジン11の負荷及び回転速度の少なくともいずれかのデータを含む走行パターンを取得する。そして取得した走行パターンの履歴に応じて補正係数fDを算出する。例えば、高負荷の走行パターンが実施された度合いに応じて、図5の補正係数fDのグラフの傾きを増大側に補正して、補正後のグラフを用いて、補正係数fDを取得する。この場合、車両の走行パターンに応じた点火プラグ40の劣化状態に応じて、点火制御をより適正に実施することができる。
When the traveling pattern with a large engine load is repeated, the deterioration of the
・上記では点火プラグ40の劣化状態を示す劣化パラメータとして、車両の累積走行距離を取得する例を示したが、これ以外にもエンジン11が運転状態にある際の累積時間等が劣化パラメータとして取得されてもよい。
In the above description, an example in which the cumulative travel distance of the vehicle is acquired as the deterioration parameter indicating the deterioration state of the
・車両の累積走行距離Dを計測するために周知のオドメータからの信号がECU32に入力される構成としてもよい。
A signal from a known odometer may be input to the
11…エンジン、41…中心電極、40…点火プラグ、42…接地電極、51a…1次コイル、51b…2次コイル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine, 41 ... Center electrode, 40 ... Spark plug, 42 ... Ground electrode, 51a ... Primary coil, 51b ... Secondary coil.
Claims (5)
前記エンジンの運転状態に基づいて前記1次コイルの1次電流の通電時間を設定する通電時間設定出手段と、
前記点火プラグの劣化状態を示す劣化パラメータを取得する劣化状態取得手段と、
前記点火プラグの劣化状態に基づいて前記通電時間を補正する通電時間補正手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの点火制御装置。 An ignition coil (51) having a primary coil (51a) and a secondary coil (51b), and an engine (11) by a secondary voltage induced in the secondary coil as the primary current flowing in the primary coil is interrupted. The ignition control device is applied to an ignition system including an ignition plug (40) that generates an ignition discharge between a pair of counter electrodes (41, 42) in the cylinder (11b), and controls the ignition operation of the ignition plug. Because
Energization time setting output means for setting the energization time of the primary current of the primary coil based on the operating state of the engine;
Deterioration state acquisition means for acquiring a deterioration parameter indicating a deterioration state of the spark plug;
Energization time correction means for correcting the energization time based on the deterioration state of the spark plug;
An ignition control device for an engine comprising:
前記通電時間補正手段は、前記車両の累積走行距離に基づいて前記1次コイルの通電時間を補正する請求項1に記載のエンジンの点火制御装置。 The deterioration state acquisition means acquires a cumulative travel distance of a vehicle equipped with the engine as the deterioration parameter,
The engine ignition control device according to claim 1, wherein the energization time correction unit corrects the energization time of the primary coil based on an accumulated travel distance of the vehicle.
前記通電時間補正手段は、前記車両の走行時における前記走行パターン情報に基づいて前記1次コイルの通電時間を補正する請求項2又は3に記載のエンジンの点火制御装置。 Means for acquiring travel pattern information including data on at least one of a load and a rotational speed of the engine during travel of the vehicle;
The engine ignition control device according to claim 2 or 3, wherein the energization time correction means corrects the energization time of the primary coil based on the travel pattern information during travel of the vehicle.
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