JP2023122716A - 内燃機関の点火制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期ＡＤＶおよび通電開始時期ＯＮを設定した後の急な点火時期変更要求に対応できるようにする。【解決手段】点火順序となる気筒の点火時期ＡＤＶ１およびこれに対応する通電開始時期ＯＮ１は、当該気筒の基準パルス信号ＲＥＦ０よりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１を検知したときに設定される。その後に急な遅角要求等があったときは、要求に応じて点火時期ＡＤＶを変更した場合の対応する通電開始時期ＯＮが所定の変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側となるかどうかを機関回転速度とバッテリ電圧とを考慮して判定する。仮設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側である場合には、通電開始時期ＯＮ２および点火時期ＡＤＶ２を再設定する。変更不可範囲ΔＮＧ内であれば、点火時期ＡＤＶ２のみを変更する。【選択図】図３

Description

この発明は、例えばノッキング検出等に基づく急な点火時期変更要求に速やかに対応するようにした内燃機関の点火制御に関する。

一般に内燃機関の点火装置は、点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電が生じる構成であり、点火時期（すなわち一次電流遮断時期）が運転条件に応じて設定され、この点火時期から通電開始時期が定まる。

特許文献１には、ある気筒でノッキングが検出されたときに、次の点火順序にある気筒の点火時期を遅角させる点火技術が開示されている。特に、ノッキング検出に基づいてＥＣＵで演算した点火信号を次の点火順序にある気筒に反映できるときは反映し、反映できないときは、通電終了時期（換言すれば点火時期）のみを遅角させることが開示されている。

特開２０１３－１０８３８３号公報

しかしながら、上記の特許文献１には、ノッキング検出に基づく遅角など急な点火時期変更を実際にどのようにして次の気筒に反映させるのか、具体的な開示はない。

この発明は、多気筒内燃機関において各気筒の基準クランク角位置を示す基準パルス信号として、点火時期前の第２の基準パルス信号よりも１つ前の第１の基準パルス信号を検知したときに点火コイルへの通電開始時期を設定し、対応するクランク角となったときに通電を行う内燃機関の点火制御方法であって、
上記第１の基準パルス信号と上記第２の基準パルス信号との間に点火時期変更要求があったときに、要求に応じて点火時期を変更した場合の対応する通電開始時期が上記第２の基準パルス信号から所定の変更不可範囲よりも遅れ側となるかどうかを少なくとも機関回転速度およびバッテリ電圧の一方を考慮して判定し、
所定の変更不可範囲よりも遅れ側であれば、点火時期変更要求に応じて通電開始時期を再設定して通電を行う。

すなわち、通常時は第２の基準パルス信号よりも１つ前の第１の基準パルス信号を検知したときに通電開始時期が設定され、その後に急な点火時期変更要求がなければ、この通電開始時期でもって通電がなされる。

第１の基準パルス信号から第２の基準パルス信号を検知するまでの間に急な点火時期変更要求があった場合は、要求に沿って変更した場合の点火時期に対応する通電開始時期が第２の基準パルス信号から所定の変更不可範囲よりも遅れ側であるかどうかが判定される。通電開始時期は、機関回転速度やバッテリ電圧に影響されるので、機関回転速度および／またはバッテリ電圧を考慮して、点火時期を変更した場合の通電開始時期の変更の可否が判定される。

この発明によれば、通電時間をできるだけ適正に保ちつつ急な点火時期変更要求に対応することが可能となる。

この発明の一実施例の点火装置を備えた内燃機関の構成説明図。 一実施例の点火制御の処理の流れを示すフローチャート。 遅角要求が割り込み処理される場合のタイムチャート。 進角要求が割り込み処理される場合のタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る点火装置を備えた内燃機関１のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１の複数のシリンダ２の各々には、ピストン３が配置されているとともに、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５および排気弁６によって開閉される排気ポート７がそれぞれ接続されている。また、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁８が配置されている。この燃料噴射弁８の燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジンコントローラ１０によって制御される。そして、上記燃料噴射弁８によって筒内に生成された混合気の点火を行うために、例えば天井面中央に点火プラグ９が配置されている。なお、図示例は、筒内直接噴射式内燃機関として構成されているが、吸気ポート５に燃料噴射弁を配置したポート噴射型の構成であってもよい。上記エンジンコントローラ１０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２１、機関回転速度を検出するクランク角センサ２２、冷却水温を検出する温度センサ２３、ノッキングを検出するノッキングセンサ２４、バッテリ電圧センサ２５、などの多数のセンサ類からの検出信号が入力されている。

なお、クランク角センサ２２は、比較的小さな単位クランク角（例えば４°ＣＡや２°ＣＡ）毎に単位クランク角パルス信号を出力するとともに、各気筒の基準クランク角位置（例えば圧縮上死点前１５０°ＣＡ等）を示す基準パルス信号（ＲＥＦ信号）を出力する。４気筒内燃機関であれば、１８０°ＣＡ毎に基準パルス信号が出力される。なお、基準パルス信号は、クランク角センサ２２が直接に出力するものに限らず、分周等の適当な演算処理により基準パルス信号を得るようにしてもよい。

上記点火プラグ９には、各気筒毎に、エンジンコントローラ１０からの点火信号に応答して点火プラグ９に放電電圧を出力する点火ユニット１１が接続されている。点火ユニット１１は、公知のものであるので、詳細には図示しないが、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルと、この点火コイルの一次コイルに対する一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタと、を含んで構成されている。点火ユニット１１には、電源として、例えば定格１４ボルトの車載バッテリ１２が接続されている。この車載バッテリ１２の電圧はバッテリ電圧センサ２５によって検出される。

よく知られているように、エンジンコントローラ１０からの点火信号によりイグナイタを介して一次コイルに一次電流が通電され、その後、目標の点火時期に沿って通電が遮断される。この一次電流の遮断に伴って二次コイルに高い放電電圧が発生し、点火プラグ９の電極間で放電が生じる。このときの放電エネルギは、基本的には一次電流の通電時間に相関し、また、バッテリ電圧が低いと同じ放電エネルギを得るために相対的に長い通電時間が必要となる。従って、エンジンコントローラ１０では、通電開始時期とその遮断時期つまり点火時期とを運転条件等に応じて最適となるように制御している。

次に、図２～図４を参照して、通電開始時期および点火時期の制御について説明する。図３は、一次電流の通電期間に相当する点火信号と基準パルス信号（ＲＥＦ信号）等との関係を示すタイムチャート（但し横軸はクランク角である）である。ここでは、点火順序が到来する１つの気筒のみに着目しており、（ａ）欄に示す圧縮上死点等は当該気筒に対応している。当該気筒の基準パルス信号（ＲＥＦ０、ＲＥＦ－１として示す）が一般的な点火時期および通電開始時期よりも前となる適当な時期に出力される。図示例では上死点前１５０°ＣＡ付近と上死点前３３０°ＣＡ付近に基準クランク角位置が設定され、基準パルス信号ＲＥＦ０よりも前に、ＲＥＦ－１として示す基準パルス信号が検知される。図示例は、４気筒機関を例にしており、１８０°ＣＡ毎に基準パルス信号が検知される。

対象とする気筒の点火時期前の基準パルス信号ＲＥＦ０が請求項における「第２の基準パルス信号」に相当し、これよりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１が請求項における「第１の基準パルス信号」に相当する。通常の目標点火時期の算出およびこの目標点火時期に対応した通電開始時期の算出は、対象とする気筒の基準パルス信号ＲＥＦ０よりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１をトリガーとして実行される。つまり、１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１を検知したときに、そのときの内燃機関１の運転条件（回転速度および負荷）に応じて目標の点火時期が設定され、これに対応して通電開始時期が設定される。通電開始時期は、バッテリ電圧に対応した目標の通電時間が得られるように、バッテリ電圧と機関回転速度とをパラメータとして算出される。具体的には、バッテリ電圧が低い、あるいは機関回転速度が低いと通電開始時期が相対的に早くなり（通電開始時期と点火時期との間のクランク角が相対的に長くなる）、バッテリ電圧が高い、あるいは機関回転速度が高いと通電開始時期が相対的に遅くなる（通電開始時期と点火時期との間のクランク角が相対的に短くなる）。図３の（ｂ）欄に点火信号を矩形波状に示しているが、その立ち上がりが通電開始時期（符号ＯＮで示す）に、立ち下がりが点火時期（符号ＡＤＶで示す）に、それぞれ相当する。従って、例えば４気筒機関の例であれば、エンジンコントローラ１０は、１８０°ＣＡ毎に、基準パルス信号ＲＥＦ－１に対応して点火時期および通電開始時期の演算処理を行うこととなる。そして、このように設定された通電開始時期および点火時期に基づき、対象とする気筒の基準パルス信号ＲＥＦ－１を検知してから通電開始時期および点火時期にそれぞれ対応するクランク角となったときに、通電および点火が行われる。

図３の（ｃ）欄は、割り込み処理される点火時期変更要求を示している。図３の例では、ノッキングセンサ２４のノッキング検出に基づき、点火時期前の当該気筒の基準パルス信号ＲＥＦ０とこれよりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１との間において遅角要求が出力されている。この遅角要求は、当該気筒以外の気筒（例えば４気筒機関の例であれば残りの３気筒）については、通常の点火制御の中で処理される。一方、直後に点火順序がある当該気筒については、割り込み処理によって点火時期の変更（遅角）が処理される。

図３の（ｂ）欄に示すように、基準パルス信号ＲＥＦ－１の時点での演算により、既に通電開始時期ＯＮ１と点火時期ＡＤＶ１とが予定されている。これらを遅角要求によって変更するか否かは、基準パルス信号ＲＥＦ０から一定のクランク角範囲に設定される変更不可範囲ΔＮＧとの関係から判断される。変更不可範囲ΔＮＧは、通電開始時期ＯＮの演算に要する時間や通電の遅れさらには回転変動等を考慮した一種のマージンとして設定されているものであり、エンジンコントローラ１０は、点火時期変更要求に応じて点火時期ＡＤＶを変更した場合の対応する通電開始時期ＯＮが変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側となるかどうかを機関回転速度とバッテリ電圧とを考慮して判定する。具体的には、既に予定されている通電開始時期ＯＮ１がこの変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側であることを条件として、変更要求に応じた点火時期ＡＤＶ２を求め、この点火時期ＡＤＶ２に対応する通電開始時期ＯＮ２をそのときの機関回転速度およびバッテリ電圧に基づいて仮に設定し、この仮設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側であるかどうかを判定する。仮に設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側である場合には、通電開始時期ＯＮおよび点火時期ＡＤＶの変更を行う。図３の例では、遅角要求に応じて、点火時期ＡＤＶ１および通電開始時期ＯＮ１がそれぞれ点火時期ＡＤＶ２および通電開始時期ＯＮ２のように遅角される。なお、点火時期ＡＤＶ２に対応する通電開始時期ＯＮ２は、バッテリ電圧が低い、あるいは機関回転速度が低いと通電開始時期ＯＮ２が相対的に早くなり、バッテリ電圧が高い、あるいは機関回転速度が高いと通電開始時期ＯＮ２が相対的に遅くなる。

仮設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧ内となる場合は、通電開始時期ＯＮは変更せずに既に設定した通電開始時期ＯＮ１のままとして、点火時期ＡＤＶ１のみを点火時期ＡＤＶ２へと遅角する。従って、当該気筒についてもノッキング抑制が図れる。

ここで、このように点火時期ＡＤＶのみを遅角した場合には、通電期間が長くなるので、ある所定の許容範囲の上限を越えるような場合は、通電期間が許容範囲内となるように点火時期ＡＤＶ２を制限する。つまり、要求された遅角量よりも多少小さな遅角量でもって点火が実行される。これにより過大なエネルギによる点火ユニット１１の過熱等が回避される。

図４は、点火時期変更要求として当該気筒の基準パルス信号ＲＥＦ０とこれよりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１との間において急な進角要求が出力された場合を示している。この場合も前述した遅角要求の場合と同様に、エンジンコントローラ１０は、点火時期変更要求に応じて点火時期ＡＤＶを変更した場合の対応する通電開始時期ＯＮが変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側となるかどうかを機関回転速度とバッテリ電圧とを考慮して判定する。具体的には、既に予定されている通電開始時期ＯＮ１がこの変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側であることを条件として、変更要求に応じた点火時期ＡＤＶ２を求め、この点火時期ＡＤＶ２に対応する通電開始時期ＯＮ２をそのときの機関回転速度およびバッテリ電圧に基づいて仮に設定し、この仮設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側であるかどうかを判定する。仮に設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅れ側である場合には、通電開始時期ＯＮおよび点火時期ＡＤＶの変更を行う。図４の例では、進角要求に応じて、点火時期ＡＤＶ１および通電開始時期ＯＮ１がそれぞれ点火時期ＡＤＶ２および通電開始時期ＯＮ２のように進角される。なお、点火時期ＡＤＶ２に対応する通電開始時期ＯＮ２は、バッテリ電圧が低い、あるいは機関回転速度が低いと通電開始時期ＯＮ２が相対的に早くなり、バッテリ電圧が高い、あるいは機関回転速度が高いと通電開始時期ＯＮ２が相対的に遅くなる。

仮設定した通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧ内となる場合は、通電開始時期ＯＮは変更せずに既に設定した通電開始時期ＯＮ１のままとして、点火時期ＡＤＶ１のみを点火時期ＡＤＶ２へと進角する。従って、当該気筒についても進角によるトルク上昇等が図れる。なお、進角要求の場合は、既に予定されている通電開始時期ＯＮ１が変更不可範囲ΔＮＧよりも遅角側であっても、変更後の点火時期ＡＤＶ２に対応する通電開始時期ＯＮ２が変更不可範囲ΔＮＧ内となることが遅角要求の場合よりも生じやすい。

ここで、このように点火時期ＡＤＶのみを進角した場合には、通電期間が短くなるので、ある所定の許容範囲の下限を下回るような場合は、通電期間が許容範囲内となるように点火時期ＡＤＶ２を制限する。つまり、要求された進角量よりも多少小さな進角量でもって点火が実行される。これにより、確実な点火が担保される。

図２は、エンジンコントローラ１０において実行される点火制御の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１では、基準パルス信号ＲＥＦを検知したかどうかを繰り返し判定する。特に、ある気筒については、当該気筒の点火の前にある当該気筒に対応した基準パルス信号ＲＥＦ０よりも１つ前の基準パルス信号ＲＥＦ－１を検知したかどうかを判定する。基準パルス信号ＲＥＦ－１を検知したら、ステップ２，３へ進み、そのときの機関運転条件（機関回転速度および負荷）に応じて点火時期ＡＤＶ（図３，図４のＡＤＶ１）を設定し、かつ、この点火時期ＡＤＶに対応する通電開始時期ＯＮ（図３，図４のＯＮ１）を機関回転速度およびバッテリ電圧に基づいて設定する。

次にステップ４へ進み、点火時期ＡＤＶおよび通電開始時期ＯＮの設定後に、割り込み処理すべき急な点火時期変更要求があったかどうかを判定する。点火時期変更要求がなければ、ステップ５へ進み、設定されている通電開始時期ＯＮ（ＯＮ１）および点火時期ＡＤＶ（ＡＤＶ１）を用いて通電・点火を実行する。

割り込み処理すべき急な点火時期変更要求があれば、ステップ４からステップ６へ進み、通電開始時期ＯＮの変更が可能かどうかを、上述したように変更不可範囲ΔＮＧとの関係から判定する。ここで通電開始時期ＯＮの変更が可能であると判断したら、ステップ７へ進み、点火時期ＡＤＶおよび通電開始時期ＯＮの双方を変更要求に応じて図３，図４の点火時期ＡＤＶ２および通電開始時期ＯＮ２のように再設定する。そしてステップ５へ進み、変更した通電開始時期ＯＮ２および点火時期ＡＤＶ２を用いて通電・点火を実行する。

一方、ステップ６において通電開始時期ＯＮの変更ができないと判断したら、ステップ８へ進み、点火時期ＡＤＶのみを変更要求に応じて変更する。つまり図３，図４に示した通電開始時期ＯＮ１は変更せずに点火時期ＡＤＶのみを点火時期ＡＤＶ１から点火時期ＡＤＶ２へと変更する。次にステップ９へ進み、点火時期ＡＤＶを点火時期ＡＤＶ２のように変更した場合の通電時間が所定の許容範囲内にあるかどうかを判定する。通電時間が許容範囲内であれば、ステップ９からステップ５へ進み、当初の設定のままの通電開始時期ＯＮ１と再設定した点火時期ＡＤＶ２とを用いて通電・点火を実行する。

ステップ９で通電時間が所定の許容範囲内になければ、ステップ１０へ進み、点火時期ＡＤＶ２を、通電時間が所定の許容範囲内となるように制限して、再設定する。そしてステップ５へ進み、当初の設定のままの通電開始時期ＯＮ１と制限後の再設定した点火時期ＡＤＶ２とを用いて通電・点火を実行する。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、４気筒機関を例に説明したが、この発明は、３気筒機関や６気筒機関など、他の気筒数の内燃機関に同様に適用することが可能である。基準パルス信号の具体的なクランク角位置は任意であり、上記の例には限定されない。また、上記の例では、機関回転速度およびバッテリ電圧の双方に基づいて通電開始時期の変更の可否を判定するが、いずれか一方のみに基づいて変更の可否を判定するようにしてもよい。また、上記実施例では、ノッキングセンサのノッキング検出に基づいて遅角要求を出力したが、これに限らず、運転条件の変更（例えば、アイドル運転から急加速した場合など）により遅角要求を出力してもよい。

１…内燃機関
９…点火プラグ
１０…エンジンコントローラ
１１…点火ユニット
１２…バッテリ
２４…ノッキングセンサ
２５…電圧センサ

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関において各気筒の基準クランク角位置を示す基準パルス信号として、点火時期前の第２の基準パルス信号よりも１つ前の第１の基準パルス信号を検知したときに点火コイルへの通電開始時期を設定し、対応するクランク角となったときに通電を行う内燃機関の点火制御方法であって、
   上記第１の基準パルス信号と上記第２の基準パルス信号との間に点火時期変更要求があったときに、要求に応じて点火時期を変更した場合の対応する通電開始時期が上記第２の基準パルス信号から所定の変更不可範囲よりも遅れ側となるかどうかを少なくとも機関回転速度およびバッテリ電圧の一方を考慮して判定し、
   所定の変更不可範囲よりも遅れ側であれば、点火時期変更要求に応じて通電開始時期を再設定して通電を行う、
   内燃機関の点火制御方法。
2. 第１の基準パルス信号を検知したときに点火時期を設定し、対応するクランク角となったときに点火を行い、点火時期変更要求に応じた通電開始時期が所定の変更不可範囲内であれば、点火時期変更要求に応じて点火時期のみを再設定して点火を行う、
   請求項１に記載の内燃機関の点火制御方法。
3. 通電時間が所定の許容範囲にあるように、再設定する点火時期を制限する、
   請求項２に記載の内燃機関の点火制御方法。
4. 点火時期変更要求があったときに、予め設定されていた通電開始時期が所定の変更不可範囲よりも遅れ側であるかどうかを判定し、
   遅れ側にあることを条件として点火時期変更要求に応じた点火時期を求め、
   この点火時期に対し、機関回転速度およびバッテリ電圧を考慮して通電開始時期を仮設定し、
   この仮設定した通電開始時期が所定の変更不可範囲よりも遅れ側であるかどうかを判定する、
   請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の点火制御方法。
5. 上記点火時期変更要求は、ノッキング検出に基づく遅角要求である、
   請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の点火制御方法。
6. 各気筒毎に点火コイルおよびイグナイタを備えた内燃機関と、
   各気筒の基準クランク角位置を示す基準パルス信号を得るためのクランク角センサと、
   点火時期前の第２の基準パルス信号よりも１つ前の第１の基準パルス信号を検知したときに点火コイルへの通電開始時期を設定し、対応するクランク角となったときに上記イグナイタを介して通電を行うコントローラと、
   を備えた内燃機関の点火制御装置であって、
   上記コントローラは、
   上記第１の基準パルス信号と上記第２の基準パルス信号との間に点火時期変更要求があったときに、要求に応じて点火時期を変更した場合の対応する通電開始時期が上記第２の基準パルス信号から所定の変更不可範囲よりも遅れ側となるかどうかを少なくとも機関回転速度およびバッテリ電圧の一方を考慮して判定し、
   所定の変更不可範囲よりも遅れ側であれば、点火時期変更要求に応じて通電開始時期を再設定して通電を行う、
   内燃機関の点火制御装置。

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