JP3598915B2

JP3598915B2 - 内燃機関の点火制御装置

Info

Publication number: JP3598915B2
Application number: JP33254699A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 賢司五島; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001132599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火制御装置、特に、エンジンの運転状態に応じて点火プラグの放電エネルギーを増減して失火を防止すると共にバッテリ消費電力を抑えるようにした内燃機関の点火制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火式の内燃機関は筒内の加圧混合気を適正タイミングで点火プラグが発生する火花で点火し、出力を発生させる。この内燃機関の点火装置は燃焼安定性を確保する上では点火プラグの放電エネルギーを高める必要があるが、バッテリ消費電力を抑える観点より燃焼安定性の良い運転域では放電エネルギーを抑えるようにしている。例えば、筒内噴射式エンジンでは、図７に示すように、エンジン運転域を空燃比によって、圧縮リーン域、吸気リーン域、リーン以外のストイキオ及びリッチ域（以後、Ｗ／Ｏリーン域と記す）との３つの燃焼モードに区分し、これら各運転域で最適な燃料供給や点火処理を行うべく燃料噴射装置や点火装置を駆動している。ところで、図７に示す各空燃比領域はそれぞれ燃焼安定する領域が相違し、即ち、圧縮リーン域では筒内の一部に層状の希薄混合気が生成され、安定した燃焼を制御することが難しく、吸気リーン域では筒内に均一に比較的希薄な混合気が生成され、圧縮リーンよりも比較的燃焼を安定して制御しやすく、Ｗ／Ｏリーン域では十分な燃焼安定性を保持できる。このため、圧縮リーン域では燃焼安定性確保のため、高レベルの放電エネルギーのスパークで点火を行う必要があり、点火コイル放電エネルギーをＷ／Ｏリーン域よりも大きく設定することが行われる。
【０００３】
例えば、特開平４−１７９８６０号公報には、層状燃焼運転域と均一燃焼運転域とで放電エネルギーを切り換える点火装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７で説明した点火装置や特開平４−１７９８６０号公報開示の点火装置では、層状燃焼運転か均一燃焼運転かの判定のみで、放電エネルギーを増減切換えている。このように、従来の点火装置の制御では、燃焼モードの切換え指令の発生のみで放電エネルギーを増減切換えており、このような燃焼モード切換え過渡時において、実際に各気筒の燃料噴射状況や、空燃比の切換え状況を考慮せず、実際の燃焼モード切換え状況と放電エネルギーの増減切換制御との間にずれが生じる可能性があり、切換え過渡時のエンジンの燃焼が不安定となり、燃焼モードの切換え過渡時のドライバビリティが低下する。しかも、放電エネルギーを大きく設定されている圧縮リーンより放電エネルギーを小さく設定されているＷ／Ｏリーンへの切換え時のように、着火不安定化の方向の切換え過渡時には、特に、実際の切換え状況と放電エネルギーの増減切換制御との間にずれが生じると、失火の可能性が高くなり、改善が望まれている。
【０００５】
本発明は上述の課題に基づき、無駄な電力消費を抑えながら、確実に失火をなくし、ドライバビリティを確保できる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、第１の所定空燃比で運転する第１燃焼モードと該第１の所定空燃比よりも希薄側の空燃比で運転する第２燃焼モードを備えた内燃機関の点火制御装置において、上記内燃機関に設けられた点火プラグの放電エネルギーを第１燃焼モードに比べて第２燃焼モードで増大するよう切換え、かつ、第２燃焼モードから第１燃焼モードヘの燃焼モード切換え時に燃焼モード切換え時点から所定時間内は第２燃焼モードでの放電エネルギーを保持し、該所定時間経過後に第１燃焼モードでの放電エネルギーに切換えることで第１燃焼モードから第２燃焼モードヘより第２燃焼モードから第１燃焼モードヘの燃焼モード切換えに伴う上記放電エネルギーの切換え時点が燃焼モード切換え時点に対してより遅れるよう制御する放電エネルギー制御手段を備えたことを特徴としている。
このように、第１燃焼モードから第２燃焼モードヘの運転域切換え時より第２燃焼モードから第１燃焼モードヘの燃焼モード切換え時における放電エネルギーの切換え時点を燃焼モード切換え時点に対してより遅れるように制御している。
【０００７】
このため、燃焼モード切換え時における実際の燃料噴射等の切換え状況と点火エネルギーの増減切換制御との間にずれが生じても、このずれが解消されるのを待ってから放電エネルギーを低減させる方向への切換えがなされることとなり、放電エネルギーの切換え過渡時にあっても着火性を保持でき、エンジンの燃焼が安定し、ドライバビリティを確保できる。
請求項２の発明では、請求項１記載の内燃機関の点火制御装置において、上記第２燃焼モードから上記第１燃焼モードヘの燃焼モード切換えに伴う上記放電エネルギーの切換え時点が上記第２燃焼モードから上記第１燃焼モードヘの燃料噴射時期の切換え時点であることを特徴とする。
このように、上記燃焼モード切換え時における放電エネルギーの切換え時点が燃料噴射時期の切換え時点であるようにしても良く、この場合、特に、放電エネルギーの切換え過渡時にあっても着火性を確実に保持でき、エンジンの燃焼が安定し、ドライバビリティを確保できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１には本発明による内燃機関の点火制御装置としてのエンジンの点火制御装置を示した。ここでのエンジンＥは４気筒の筒内噴射式エンジンであり、エンジンＥの各シリンダＳの上部には燃焼室Ｃが形成される。また、クランクシャフト７の一端には単位クランク角信号θｃ、基準信号θ及びこれらに基づくエンジン回転速度Ｎｅ情報を検出するクランク角センサ８が対設され、これは後述のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９に検出信号を出力する。
更に、各シリンダＳの上側内壁面のほぼ中央位置には点火プラグ１３が装着されると共に、燃料噴射用のインジェクタ１４が配備される。
【０００９】
燃焼室Ｃに接続された吸気ポートには、インテークマニホールド１５、サージタンク１６、サージタンク１６に続く延長管１７及びエアクリーナ１８がこの順で接続される。エアクリーナ１８内には吸気量Ｑａ情報を得るエアフローセンサ１９と、吸気温度Ｔａ情報を出力する大気温センサ２０及び大気圧Ｐａ情報を出力する大気圧センサ２１が装着され、これら各情報はＥＣＵ９に出力される。さらに、延長管１７内にはスロットル弁２２が配備され、同弁のスロットル開度θｓ情報がスロットル開度センサ２３によりＥＣＵ９に出力される。またエンジンＥの水温Ｔｗ情報を検出する水温センサ２４が配備され、その検出信号はＥＣＵ９に出力されている。
【００１０】
排気ポートに連結されたエキゾーストマニホールドには排気路の排ガス中の酸素濃度、即ち、空燃比Ａ／Ｆ情報をＥＣＵ９に出力するＯ＜ＳＵＢ＞２＜／ＳＵＢ＞センサ２６が配備されている。
なお、各インジェクタ１４はＥＣＵ９の噴射信号に応じて燃料噴射を行うように構成される。なお、ＥＣＵ９にはバッテリー電圧ＶＢの検出機構３１及びノック信号ｎ情報を出力するノックセンサ３２が接続されている。点火プラグ１３は点火ユニット３３に接続される。
ここでの点火ユニット３３は、タイミング制御回路と高圧電源回路と点火コイルとで構成される。
この際、高圧電源回路による充電電圧が高いほど点火コイルに高電圧が発生し放電エネルギーが大きくなる。
【００１１】
ＥＣＵ９はエンジンＥの燃料噴射量制御、スロットル弁駆動制御等の周知の制御処理に加え、運転域判定処理や点火制御処理を行う。運転域判定処理において、ＥＣＵ９はあらかじめ設定された燃焼モードマップｍ１（図２（ａ）参照）を用いる。ここではエンジンの運転域を、空燃比がストイキオ或いはリッチのＷ／Ｏリーンで、噴射時期が吸入行程側に設定されたモード（以後第１燃焼モードＡ１と記す）と、燃料が最も希薄となる空燃比である圧縮リーンで、噴射時期が圧縮行程に設定されたモード（以後第２燃焼モードＡ２と記す）と、空燃比がリーン域だが、噴射時期が吸入行程側に設定され混合気が筒内に均一に生成されるモード（以後第２’燃焼モードＡ２’と記す）とに区分して設定されている。このためＥＣＵ９は、クランク角センサ８とエアフローセンサ１９よりエンジン回転速度Ｎｅと軸出力Ｐｅ（ここでは吸入空気量Ｑａをエンジン回転速度Ｎｅで除算した値Ｑａ／Ｎｅ）とを算出し、これより運転域マップｍ１（図２（ａ）参照）を用いて、現在の運転域が第１燃焼モードＡ１か第２燃焼モードＡ２か、或いは第２’燃焼モードＡ２’かを判定できる。
【００１２】
なお、ＥＣＵ９は基本点火時期算出手段として軸出力Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅに応じた基本点火時期θｂを第１燃焼モードＡ１、第２燃焼モードＡ２及び第２’燃焼モードＡ２’の相違に応じて各々設定された図示しない基本点火時期算出マップに基づき算出する。点火時期算出手段として基本点火時期θｂを内燃機関の運転情報に基づき補正して目標点火時期θａｄｖを算出するという機能を有する。特に、このＥＣＵ９は放電エネルギー制御手段として、点火プラグ１３の放電エネルギーを第１燃焼モードＡ１に比べて第２燃焼モードＡ２（Ａ２’）で増大するよう切換え、かつ、第１燃焼モードＡ１から第２燃焼モードＡ２（Ａ２’）ヘの燃焼モード切換え時（例えば、図３の時点ｔ１）より第２燃焼モードＡ２（Ａ２’）から第１燃焼モードＡ１ヘの燃焼モード切換え時における放電エネルギーの切換えを運転域切換え時点（例えば、図３の噴射時期が吸入行程時に切換えられた時点ｔ４）に対してより遅らす（例えばディレータイムα）よう制御するという機能を備える。この遅れの値は、例えば、図３に示すように、第２燃焼モードＡ２や第２’燃焼モードＡ２’から第１燃焼モードＡ１への燃焼モード切換え時点、即ち、噴射時期が圧縮行程での噴射より吸気行程での噴射に切換えられた時点（例えば、図３の時点ｔ４）よりのディレータイムα（第２燃焼モードＡ２での値）、α’（第２’燃焼モードＡ２’ での値）として設定される。この場合、ディレータイムαとα‘は同一でも良いが、ここでは最も切換えモード変化が大きく、燃焼不安定な状況となりやすい圧縮リーンよりＷ／Ｏリーンへ燃焼モードが切換えられた過渡時を考慮し、αをα‘より大きく設定している。
【００１３】
さらに、図２（ｂ）にはＥＣＵ９の放電エネルギー制御手段が採用する放電エネルギ設定マップｍ２を示した。このマップｍ２は、各燃焼モードＡ１（全エンジン回転速度域）、Ａ２（Ｎｅａ以下のエンジン回転速度域）、Ａ２’（Ｎｅｂ以下のエンジン回転速度域）毎にエンジン回転速度Ｎｅ当たりの放電エネルギー（放電時間ｔｐ１，ｔｐ２，ｔｐ２’に相当する）を増減して設定している。ここで本実施形態のエンジンの点火制御装置を図４乃至図６の制御プログラムに沿って説明する。
【００１４】
ＥＣＵ９は図示しないメインスイッチのキーオンによりメインルーチンでの制御に入る。まず、ステップｓ１では、現在のエンジン回転速度Ｎｅ毎に設定される全燃焼モード（Ａ１，Ａ２，Ａ２’）の各要求放電エネルギーを放電エネルギー設定マップｍ２より読み取る。この要求放電エネルギーより現在のエンジン回転速度Ｎｅに応じた要求点火コイル通電時間を各燃焼モードの特性値に沿って求める。ステップｓ２ではエンジン回転速度数Ｎｅと軸出力Ｐｅとより運転域マップｍ１を用い、現在の運転域判定を行う。ステップｓ３では、現燃焼モードがストイキオ側のＷ／Ｏリーンの第１燃焼モードＡ１ではステップｓ７に進む。そうでないリーンではステップｓ４で圧縮リーンである第２燃焼モードＡ２か否か判断する。第２燃焼モードＡ２では、ステップｓ５に進み、同燃焼モードから他の燃焼モードへの切換え時のディレータイムαをＥＣＵ９内の行程数カウンタ（図示せず）にセットし、ステップｓ７に進む。第２’燃焼モードＡ２’でステップｓ６に達すると、同燃焼モードから他の燃焼モードへの切換え時のディレータイムα’（図３の２点鎖線参照）をＥＣＵ９内の行程数カウンタ（図示せず）にセットし、ステップｓ７に進む。
【００１５】
ステップｓ７では点火時期算出に用いる水温低下に応じて進角させる水温補正値θＴｗ、吸気温低下に応じて進角させる吸気温補正値θＴａ、ノック信号ｎの増加に応じてノックリタード−θｋ値が算出される。更に、図示しないバッテリー電圧ＶＢの低下に応じて放電エネルギーを一定に保つバッテリー補正値ｔｂも算出され、その他の燃料噴射パルス幅補正係数ＫＤＴや、燃料噴射弁のデッドタイムの補正値ＴＤを運転条件に応じて設定し、次いで、ステップｓ８のその他のエンジン制御処理を行って１制御周期を終え、リターンする。
このメインルーチンの途中の所定クランク角（例えば、ＴＤＣ１８０°）位置で、周知のインジェクタの噴射処理や、点火処理が実行されている。
【００１６】
図示しないインジェクタの噴射量算出ルーチンでは、吸入空気量Ａ／Ｎを算出し、同吸入空気量Ａ／Ｎより基本燃料パルス幅Ｔｆを算出し、メインルーチン側より取り込んだ現空燃比Ａ／Ｆ相当の補正係数ＫＡＦ、大気温Ｔａ及び大気圧Ｐａに応じた補正係数ＫＤＴ等により目標インジェクタ駆動時間を算出する。
次にメインルーチンの途中での点火処理を図５、図６に沿って説明する。
【００１７】
図５の放電エネルギー制御ルーチンのステップａ１に達すると、現燃焼モード域が読み込まれ、現燃焼モードがストイキオ側のＷ／Ｏリーンの第１燃焼モードＡ１では、ステップａ４にそのまま進み、そうでないリーンではステップａ２で圧縮リーンである第２燃焼モードＡ２か否か判断する。第２燃焼モードＡ２で無いとステップａ５に、圧縮リーンの第２燃焼モードＡ２ではステップａ３に達する。このステップａ３では、圧縮リーンの第２燃焼モードＡ２であり、読み込み済である要求放電エネルギーより現在のエンジン回転速度Ｎｅに応じた要求点火コイル通電時間を高圧電源回路にセットし、要求点火コイル通電時間中に確保する一次電圧（例えば２５０Ｖ）を指示すべく高電圧指令を高圧電源回路に出力し、これにより点火駆動回路に一次電圧Ｖ２をセットし、リターンする。これにより放電エネルギーを高レベルに保持した点火コイル１３のスパークを得て、着火性優先の制御をしている。
【００１８】
吸気リーンの第２’燃焼モードＡ２’でステップａ５に達すると、ここでは前回が圧縮リーンの第２燃焼モードＡ２で、その切換え時（例えば時点ｔ４）にあると、ステップａ４に吸気リーンが継続していると、ステップａ６に達する。ステップａ６では、吸気リーンの第２’燃焼モードＡ２’であり、読み込み済である要求放電エネルギーより現在のエンジン回転速度Ｎｅに応じた要求点火コイル通電時間（図３の２点鎖線参照）を高圧電源回路にセットし、要求点火コイル通電時間中に確保する一次電圧（例えば２００Ｖ）を指示すべく高電圧指令を高圧電源回路に出力し、これにより点火駆動回路に一次電圧をセットしステップａ１２に進む。
ステップａ１或いはａ５よりステップａ４に達するとする。ここでは、前回と異なる燃焼モードに切り替わり、前回圧縮リーンから吸気リーンの燃焼モードＡ２’への切換え時、或いは前回圧縮リーンや吸気リーンからＷ／Ｏリーンの燃焼モードＡ１への切換え時であると、ステップａ１１に進む。
【００１９】
ステップａ４より噴射時期の変化がないとしてステップａ７に達すると、ここでは、ＥＣＵ９内の行程数カウンタのディレータイムがカウントアップ（α＝０）されるまで（例えば、図３の時点ｔ４からｔ５の間）は、ステップａ８，ａ９に進み、ここでカウント値を「１」づつ減算し、その間はステップａ１１に進む。ステップａ１１では、前回の燃焼モード、例えば圧縮リーンの第２燃焼モードＡ２が継続であり、一次電圧（例えば図３の時点ｔ４からｔ５の間）を保持し、読み込み済である要求放電エネルギーより現在のエンジン回転速度Ｎｅに応じた要求点火コイル通電時間を高圧電源回路にセットし続け、要求点火コイル通電時間中に確保する一次電圧（例えば２５０Ｖ）を指示すべく高電圧指令を高圧電源回路に出力し続け、ステップａ１２に進む。
【００２０】
ＥＣＵ９内の行程数カウンタがカウントアップ（＝０）すると、ステップａ１０に達し、ここでは現在の燃焼モードが燃焼安定域に入ったことより、即ち、Ｗ／Ｏリーンが継続中で、図３の時点ｔ５以降の運転状態であり、ここでは一次電圧（例えば１５０Ｖ）をセットし、ステップａ１２に進む。
ステップａ１２では現在の水温Ｔｗがエンジン冷態時の判定値Ｔｗ１を上回ると、そのままリターンする。一方、下回ると、暖気前と判定してステップａ１３に進み、ここでは最も高レベルの放電エネルギーを確保できる一次電圧を設定する最大電圧指令を高圧電源回路に出力する。このエンジン冷態時はその時のエンジン回転速度に応じた最大の放電エネルギーを選択することとなり、エンジン冷態時における失火を燃焼モードやエンジン回転速度に影響されずに防止する制御を行い、メインルーチンに戻る。
【００２１】
メインルーチンの途中で上死点前７５°（７５°ＢＴＤＣ）に達する毎（クランク角１８０°）にオフよりオンに基準信号θｏが変化するのに基づきメインルーチンに割込みをかけ、図６の点火制御ルーチンが実行される。ここでのステップｂ１では所定のデータが取り込まれ、ステップｂ２，ｂ３では最新の目標点火時期θｂ及び最新の要求点火コイル通電時間をタイミング制御回路にセットし、メインルーチンにリターンする。
これにより、点火が点火ユニット３３により実行される。この場合、第１燃焼モードＡ１で点火ユニット３３は比較的低レベルの一次電圧を受け、比較的低レベルの点火パルスを発生し、バッテリ消費電力の無駄を省く。さらに、第２燃焼モードＡ２や第２’燃焼モードＡ２’においては点火ユニット３３は比較的高レベルの一次電圧を受け、比較的高レベルの点火パルスを発生し、燃焼安定性優先の制御を行う。
【００２２】
さらに、噴射時期が圧縮行程での噴射より吸気行程での噴射に切換えられた時点（例えば、図３の燃焼モード切換え時点ｔ４）よりディレータイムα（第２燃焼モードＡ２での値）、α’（第２’燃焼モードＡ２’ での値）が設定される。これにより、圧縮リーンや吸気リーンの燃焼モードＡ２，Ａ２’よりＷ／Ｏリーンの第１燃焼モードＡ１に切換える際には、噴射時期が圧縮行程での噴射より吸気行程での噴射に切換えられた時点（例えば、図３の時点ｔ４）よりディレータイムα、α’の経過を待ち、これによって、放電エネルギーの切換え時点ｔ５までの過渡時には、前回の放電点火エネルギーの大きな着火を継続し、燃焼安定性を優先し、過渡時を経過した後に、電力点火エネルギーの無駄を排除する低レベルの放電点火エネルギーでの着火処理に移行しており、無駄な電力消費を抑えながら、確実に失火をなくし、ドライバビリティを確保できる。
【００２３】
図１の内燃機関の点火制御装置に代えて、コンデンサ使用の点火駆動回路等を用いても良い。
上述のところにおいて、ディレータイムαとα’は別の値としたが、同一でも良く、この場合制御の簡素化を図れる。また、上述の実施形態において放電エネルギー設定マップより点火コイル通電時間を算出していたが、点火コイル通電時間をエンジン回転速度に応じてマップ化しても良い。なお、上述の点火コイル通電時間をクランク角度等で設定しても良いことは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明では、燃焼モード切換え時における実際の燃料噴射等の切換え状況と点火エネルギーの増減切換制御との間にずれが生じても、このずれが解消されるのを待ってから放電エネルギーを低減させる方向への切換えがなされることとなり、放電エネルギーの切換え過渡時にあっても着火性を保持でき、エンジンの燃焼が安定し、ドライバビリティを確保できる。
請求項２の発明では、特に、放電エネルギーの切換え過渡時にあっても着火性を確実に保持でき、エンジンの燃焼が安定し、ドライバビリティを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての内燃機関の点火制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１の点火制御装置で用いるマップの特性線図であり、（ａ）は運転域設定用のマップを、（ｂ）は放電エネルギー設定用のマップを示す。
【図３】図１の点火制御装置における燃焼モード切換え作動説明のための波形線図である。
【図４】図１の内燃機関の点火制御装置が用いるメインルーチンのフローチャートである。
【図５】図１の点火制御装置が用いる放電エネルギー制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の点火制御装置が用いる点火制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】従来の点火制御装置が用いる運転域設定マップを示す。
【符号の説明】
１内燃機関の点火制御装置
９ＥＣＵ
１３点火プラグ
３３点火ユニット
ｔ４燃焼モード切換え時点
ｔ５運転域切換え判定時
α ディレータイム
Ａ１第１燃焼モード
Ａ２第２燃焼モード
Ａ２’ 第２’燃焼モード
Ｅエンジン

Claims

第１の所定空燃比で運転する第１燃焼モードと該第１の所定空燃比よりも希薄側の空燃比で運転する第２燃焼モードを備えた内燃機関の点火制御装置において、
上記内燃機関に設けられた点火プラグの放電エネルギーを第１燃焼モードに比べて第２燃焼モードで増大するよう切換え、かつ、第２燃焼モードから第１燃焼モードヘの燃焼モード切換え時に燃焼モード切換え時点から所定時間内は第２燃焼モードでの放電エネルギーを保持し、該所定時間経過後に第１燃焼モードでの放電エネルギーに切換えることで第１燃焼モードから第２燃焼モードヘより第２燃焼モードから第１燃焼モードヘの燃焼モード切換えに伴う上記放電エネルギーの切換え時点が燃焼モード切換え時点に対してより遅れるよう制御する放電エネルギー制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
請求項１記載の内燃機関の点火制御装置において、
上記第２燃焼モードから上記第１燃焼モードへの燃焼モード切換えに伴う上記放電エネルギーの切換え時点が上記第２燃焼モードから上記第１燃焼モードヘの燃料噴射時期の切換え時点であることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。