JP3720310B2

JP3720310B2 - 内燃機関の点火制御装置

Info

Publication number: JP3720310B2
Application number: JP2002203499A
Authority: JP
Inventors: 龍太郎田岸; 裕介和田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004044495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同一気筒に対して１燃焼サイクルに複数回点火す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】
内燃機関において同一気筒に対して１燃焼サイクルに複数回の点火、いわゆる多重点火を行う技術としては、特開平７−１０３１２３号公報記載のものが知られている。この従来技術においては、最小点火進角に基づいて設定された点火時期に通常の点火を行うと共に、それに続いて複数回点火を行って着火率を増加させて内燃機関の始動時の着火性の向上などを図っている。
【０００３】
さらに、上記した従来技術においては、後続する複数回の点火の通電時間を通常の点火のそれよりも短くすることで、通電時間の長大化を抑えて点火系部品の信頼性を確保するように構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術にあっては通常の点火に続いて連続的に点火して始動時の混合気の着火性を向上させているが、それとは別に、内燃機関は始動された後、アイドル時など低回転、低負荷にあっては空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されるリーンバーン制御が良く行われる。
【０００５】
そのようなアイドル時を含む低回転、低負荷のリーンバーン制御領域においては、燃焼特性が必ずしも良好ではなく、よって燃費性能の面でも十分に満足し難いと共に、出力トルク特性の点でも不満が残るものであった。
【０００６】
しかしながら、前記した従来技術は連続点火を行うことで内燃機関の始動時の着火性を向上させる技術を提案するに止まり、アイドル時を含む低回転、低負荷のリーンバーン制御領域での燃焼特性の改善を解決するものではなかった。
【０００７】
従ってこの発明の目的は、上記した課題を解決し、アイドル時を含む低回転、低負荷のリーンバーン制御領域における燃焼特性を改善し、よって燃費性能および出力トルク特性を向上させるようにした内燃機関の点火制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、この発明は請求項１項において、同一気筒に対して２個の点火プラグを備えると共に、１燃焼サイクルに複数回点火するように制御する内燃機関の点火制御装置において、前記２個の点火プラグを介して前記複数回の点火の中の１回を、前記内燃機関の出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期で実行する第１の点火実行手段、および前記２個の点火プラグを介して前記複数回の点火の中の少なくとも他の１回を、前記第１の点火時期よりもクランク角度において先行する第２の点火時期で実行する第２の点火実行手段を備える如く構成した。
【０００９】
２個の点火プラグを介して複数回の点火の中の１回を、内燃機関の出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期で実行し、２個の点火プラグを介して少なくとも他の１回を第１の点火時期よりもクランク角度において先行する第２の点火時期で実行する如く構成したので、第１の点火時期で実行される本来的な点火の前に、第２の点火時期で実行される点火を行うこととなって、混合気の活性化を促進することができ、それによって本来の点火時の燃焼期間を短縮することができ、着火性を向上させることができて燃焼特性を改善することができる。また、混合気の活性化の促進によって筒内圧力や等容度を向上させることができ、出力トルク特性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２項においては、前記第２の点火実行手段は、前記内燃機関の燃焼室の混合気を着火しないように前記少なくとも他の１回の点火を実行する如く構成した。
【００１１】
燃焼室の混合気を着火しないように他の１回の点火を実行する如く構成したので、第１の点火時期で実行される本来的な点火の前に、混合気の活性化を一層良く促進することができ、それによって本来の点火時の燃焼期間を短縮することができ、着火性を向上させることができて燃焼特性を改善することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置を説明する。
【００１３】
図１は、その実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置を全体的に示す概略図である。尚、図１において内燃機関を透視的に示す。
【００１４】
同図において、符合１０はＯＨＣ型の内燃機関（以下［エンジン」という）を示す。エンジン１０は直列配置された第１気筒から第４気筒までの４個の気筒（シリンダ）１２を備える（図１には１個の気筒のみ示す）。エンジン１０においてエアクリーナ（図示せず）から吸引された空気はスロットルボディ１４の内部に収容されたスロットルバルブ（図示せず）で調量されつつインテークマニホルド１６を流れ、吸気ポート２０に達する。
【００１５】
吸気ポート２０の付近には燃料噴射弁（インジェクタ）２２が配置され、開弁されるとき、図示しない燃料パイプを通じて圧送された燃料（ガソリン）を噴射する。噴射された燃料は吸引された空気と混合し、よって形成された混合気は吸気弁２４が開弁するとき、燃焼室２６に流入する。
【００１６】
図２はエンジン１０のシリンダヘッド付近の拡大説明斜視図であるが、図示の如く、エンジン１０は吸気ポート２０に近い位置に吸気側の点火プラグ３０ｉを備えると共に、排気ポート３２に近い位置に排気側の点火プラグ３０ｅを備え、よって計２個の点火プラグを備えてエンジン１０がリーンバーン制御されるときも十分な点火性能（着火性能）を得るように構成される。
【００１７】
尚、この実施の形態においては、後述するように、点火は通常の点火（以下「本点火」という）とそれに先行するクランク角度で行われる点火（以下「プレ点火」という）の２回（換言すれば複数回）が行われるが、吸気側の点火プラグ３０ｉも排気側の点火プラグ３０ｅも同時に本点火とプレ点火を行う。
【００１８】
図１の説明に戻ると、燃焼室２６内の混合気は２個の点火プラグ３０ｉ，３０ｅで同時に点火され、本点火によって着火されて燃焼し、ピストン３４を図で下方に駆動する。ピストン３４の駆動はクランクシャフト３６によって回転運動に変換されて出力される。
【００１９】
クランクシャフト３６の回転はギヤ機構を介してカムシャフト４０に伝えられ、カムシャフト４０をクランクシャフトの１／２の回転で回転させる。カムシャフト４０は動弁機構を介して吸気弁２４と排気弁４２（図２にのみ示す）を開閉する。混合気の燃焼によって生じた排出ガスは、排気弁４２が開弁するとき、エキゾーストマニホルド４４およびエキゾーストパイプ４６を介してエンジン１０の外部に放出される。
【００２０】
クランクシャフト３６の付近にはクランク角センサ５０が配置され、クランク角度７２０度ごとに気筒判別信号を、４気筒のＴＤＣ付近の所定クランク角度でＴＤＣ信号を、ＴＤＣ信号間を細分した１５度などの所定クランク角度ごとにクランク角度信号を出力する。
【００２１】
スロットルボディ１４の下流でインテークマニホルド１６の上流の適宜位置には絶対圧センサ５２が配置され、エンジン負荷を示す吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力すると共に、スロットルボディ１４の内部に収容されたスロットルバルブの付近にはスロットル開度センサ５４が配置され、スロットルバルブの位置（スロットル開度）ＴＨに応じた信号を出力する。
【００２２】
また、シリンダの冷却水通路５６には水温センサ６０が配置されて冷却水温ＴＷに応じた信号を出力すると共に、シリンダの適宜位置にはノックセンサ６２が配置され、燃焼室２６の振動を通じてノックの有無と強度を示す信号を出力する。さらに、エキゾーストパイプには広域空燃比センサ６４が配置され、排出ガス中の酸素濃度に応じた値を出力する。
【００２３】
他方、エンジン１０が搭載された車両（図示せず）のエンジンルームの適宜位置にはＥＣＵ（電子制御ユニット）７０が配置される。ＥＣＵ７０はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路およびカウンタなど（全て図示せず）を備える。上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ７０に送られる。ＥＣＵ７０はクランク角センサ５０から出力されたクランク角度信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出する。その他のセンサ出力は、適宜な処理を経てＲＡＭに格納される。
【００２４】
図３はＥＣＵ７０の入出力を示すブロック図である。前記したセンサ群はＥＣＵ７０の入力側に接続されると共に、前記した吸、排気側の点火プラグ３０ｉ，３０ｅは、点火装置７２ｉ，７２ｅを介してＥＣＵ７０の出力側に接続される。点火装置７２ｉ，７２ｅは同一構成であって、それぞれ一次コイル、二次コイルおよび一次コイルへのバッテリ（図示せず）からの通電・遮断を行うイグナイタなどからなる。
【００２５】
この実施の形態においては点火系はディストリビュータを有しない、ディストリビュータレスであって、点火装置７２ｉ，７２ｅは、図１に（排気側のみ）示すように、点火プラグ３０ｉ，３０ｅの上部に収納される。
【００２６】
また、燃料噴射弁２２も駆動回路７４を介してＥＣＵ７０の出力側に接続される。ＥＣＵ７０はセンサ出力に基づいて燃料噴射量および噴射時期を決定し、駆動回路７４を介して燃料噴射弁２２を開弁駆動する。
【００２７】
図４は、この実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、前記したＴＤＣ信号で起動される。
【００２８】
以下説明すると、Ｓ１０で検出されたエンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、スロットル開度ＴＨ、エンジン冷却水温ＴＷなどを読み込み、Ｓ１２に進んで検出されたエンジン回転数ＮＥが所定エンジン回転数ＮＥＬ（例えば２５００ｒｐｍ）以下か否か判断し、肯定されるときはＳ１４に進み、検出された吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定吸気管内絶対圧ＰＢＡＬ（例えば負圧でいえば−３６７ｍｍＨｇ相当値）以下か判断する。
【００２９】
Ｓ１４でも肯定されるときはＳ１６に進み、エンジン回転数ＮＥが比較的低く、エンジン負荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）も比較的低い、低回転、低負荷のリーンバーン制御領域にあると判断し、検出されたエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから適宜設定されたマップを検索し、前記したプレ点火の点火時期と通電時間を決定する。
【００３０】
プレ点火の点火時期は、例えばＢＴＤＣ（上死点前）９０度（ｄｅｇｒｅｅ）から５０度の間に決定されると共に、その通電時間は例えば１．４ｍｓｅｃから２．０ｍｓｅｃの間に決定される。より具体的には、通電時間は、１．４ｍｓｅｃから２．０ｍｓｅｃの間においてエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡが低いほど長くなるように決定される。尚、後で述べるように、通電時間が最大値２．０ｍｓｅｃであっても、プレ点火においては混合気が着火しないように設定される。
【００３１】
尚、このリーンバーン制御領域にあっては、空燃比は理論空燃比に比してリーン側の値（例えば１６．０：１から２４．０：１）に制御される。スロットル開度が全閉（あるいはその付近）となってエンジン回転数ＮＥが７００ｒｐｍ程度に低下するアイドル時も、このリーンバーン制御領域に含まれる。Ｓ１２あるいはＳ１４で否定されるときはＳ１６の処理をスキップする。
【００３２】
次いでＳ１８に進み、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡなどから本点火の点火時期と通電時間を算出する。
【００３３】
ここで、本点火とは燃焼室２６の混合気を着火して燃焼させるために行われる通常の点火を意味し、その点火時期は、エンジンの出力トルクが最大となる最小点火進角（Minimum Advance for Best Torque)となるように実験を通じてマップとして設定され、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡから検索して得られる基本点火時期を、冷却水温ＴＷおよびノックの有無ならびに強度などから進遅角補正して得た点火時期、いわゆる通常の点火時期（エンジンの出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期）を意味する。
【００３４】
本点火の点火時期は、例えば、アイドル時にあってはＢＴＤＣ１０度から２０度に、それ以外のリーンバーン制御領域にあってはＢＴＤＣ２０度から４０度に決定される。また、アイドル時を含むリーンバーン制御領域にないときは、例えばＢＴＤＣ５０度からＡＴＤＣ１５度の間に決定される。
【００３５】
また、通電時間は、本点火の点火エネルギを確保するのに必要な一次コイルに通電すべき時間を意味し、同様にエンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡからマップ検索して決定される。通電時間は、具体的には２．３ｍｓｅｃ以上の値に決定される。
【００３６】
尚、エンジン１０の点火（燃焼）順を第１，第３，第４，第２気筒の順とするとき、Ｓ１６およびＳ１８で算出される点火時期と通電時間は、図４フロー・チャートが起動されるＴＤＣ信号に相当する気筒の次の気筒（点火順において）用の値である。
【００３７】
図５は同様にこの実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置の動作を示すフロー・チャートで、図４フロー・チャートの処理で決定された点火時期などに基づく通電処理などの具体的な動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、ＢＴＤＣの所定のクランク角度で起動される。
【００３８】
図５の説明に入る前に、図６タイム・チャートを参照してこの実施の形態に係る点火制御を概説すると、エンジン１０は同一気筒（例えば第１気筒）に対して１燃焼サイクル（吸入、圧縮、爆発、排気の４行程に相当）に複数回（２回）点火され、その複数回（２回）の１回を前記した本点火の点火時期（第１の点火時期）で実行すると共に、その複数回の点火の中の少なくとも他の１回、より正確には２回の中の他の１回を、本点火の点火時期（第１の点火時期）よりもクランク角度において先行する第２の点火時期、例えばＢＴＤＣ９０度から５０度で実行するようにした。この第２の点火時期による点火を、前記したように「プレ点火」という。
【００３９】
以下、図６タイム・チャートを参照して図５フロー・チャートの処理を説明すると、先ずＳ１００でプレ点火の通電開始時期が到来したか否か判断し、否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１０２に進み、吸、排気側の点火プラグ３０ｉ，３０ｅの点火装置７２ｉ，７２ｅの一次コイルのそれぞれに通電を開始する。
【００４０】
次いでＳ１０４に進んでプレ点火の点火時期が到来したか否か判断し、否定されるときは同様に以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１０６に進み、一次コイルへの通電を遮断して点火（放電）を行う。尚、前記したようにプレ点火の通電時間が最大値（２．０ｍｓｅｃ）に決定されても、混合気が着火しない（換言すれば火炎核が形成されない）ように構成される。
【００４１】
次いで、Ｓ１０８に進んで本点火の通電開始時期が到来したか否か判断する。この場合、本点火の放電に備えて本点火の通電時間を２．０ｍｓｅｃ以上確保することとする。従って、本点火の点火時期が進角補正されるなどしてプレ点火と本点火が接近して２．０ｍｓｅｃの本点火の通電時間が確保できないときは、図６に想像線で示す如く、決定されたプレ点火の通電時間を減少させて点火時期を早めることとする。
【００４２】
Ｓ１０８で否定されるときは同様に以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１１０に進み、吸、排気側の点火プラグ３０ｉ，３０ｅの点火装置７２ｉ，７２ｅの一次コイルのそれぞれに通電を開始する。次いでＳ１１２に進み、本点火の点火時期の到来を確認してＳ１１４に進み、一次コイルへの通電を遮断して点火（放電）を行う。この本点火によって燃焼室２６の混合気は着火されて燃焼する。
【００４３】
図７から図１０は、この実施の形態に係るプレ点火を実機に適用したときの実験結果を示すデータ図である（図７から図９においてこの実施の形態に係るプレ点火を実行しない場合を白丸で示す）。
【００４４】
実機としては排気量６６０ｃｃの火花点火式内燃エンジンを用いた。また、運転条件は、エンジン回転数１５００ｒｐｍ、負荷１．９ｐｓ（−３４０ｍｍＨｇ）、空燃比２２：１であった。
【００４５】
図７と図８から明らかなように、この実施の形態に係るプレ点火を行った場合、行わなかった場合に比し、筒内圧力最大値Ｐｍａｘと等容度が共に向上した。この筒内圧力最大値Ｐｍａｘの向上は、進角によるものではなく、燃焼効率の改善によるものと考えられる。その結果、図９に示すように、ＢＳＦＣ（Brake
Specific Fuel Consumption)も平均して約１％の改善が見られた。
【００４６】
尚、ここで「等容度」は、図１１に示すように、指圧図において、（実際のサイクルの燃焼開始から終了までの面積（斜線で示す）／理想的なサイクルの面積（破線で囲まれた面積）×１００［％］を意味する。
【００４７】
さらに、図１０に示すように、総燃焼期間がクランク角度において平均して６度短縮された。主として初期燃焼期間（点火（ＩＧ）から１０％ＭＢＦ（Mass
Burned Fraction ）の短縮が顕著であり、着火性の改善が認められた。
【００４８】
この実施の形態に係るプレ点火によって燃焼特性が改善された理由は、以下のように考えられる。即ち、通常の１回の点火（本点火）しか行わない場合、プラグ電極間の火花放電によって放電路中の混合気が活性化して化学反応し、その化学反応と電熱との複合現象により火炎核が形成され、火炎核の成長に伴って燃焼が進行する。
【００４９】
他方、この実施の形態に係るプレ点火を行う場合、プレ点火に起因するプラグ電極間の火花放電によって放電路中の混合気が活性化して化学反応する。次いで、本点火によってプラグ電極間の火花放電を発生することで、その活性化と化学反応がさらに促進される。そして促進された化学反応と電熱との複合現象により火炎核が形成されて火炎核の成長に伴って燃焼が進行する。
【００５０】
このように、プレ点火によって活性化が促進されることで、燃焼特性が改善されるものと考えられる。具体的には、本点火の前に、火炎核が形成されない程度の火花を放電することで、混合気に電界を与え、それによって混合気の活性化が促進されるものと考えられる。この活性化の促進によって本点火時の着火性の改善（初期燃焼期間の短縮）および筒内圧力最大値ならびに等容度の向上につながるものと思われる。
【００５１】
この実施の形態に係る点火制御においては上記の如く、着火しない程度のプレ点火を実行した後、本点火を実行するように構成したので、アイドル時を含む低回転、低負荷のリーンバーン制御領域における燃焼特性を改善し、よって燃費性能および出力トルク特性を向上させることができる。
【００５２】
さらに、減速時の燃料供給停止（フューエルカット）から燃料供給を再開するときの負荷条件を低負荷側に設定することができ、燃費性能を向上させることができる。
【００５３】
さらに、吸気側と排気側に２個の点火プラグ３０ｉ，３０ｅを備えるようにしたので、エンジン１０がリーンバーン制御されるときも、十分な点火性能と着火性能を得ることができる。
【００５４】
この実施の形態は上記の如く、同一気筒１２に対して（吸入、圧縮、爆発、排気の４行程からなる）１燃焼サイクルに複数回（具体的には２回）点火する内燃機関（エンジン１０）の点火制御装置において、前記複数回の点火の中の１回（本点火）を、前記内燃機関の出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期で実行する第１の点火実行手段（Ｓ１０８からＳ１１４）、および前記複数回の点火の中の少なくとも他の１回（プレ点火）を、前記第１の点火時期よりもクランク角度において（上死点前側に）先行する第２の点火時期で実行する第２の点火実行手段（Ｓ１００からＳ１０６）を備えるように構成した。
【００５５】
また、前記第２の点火実行手段は、前記内燃機関の燃焼室２６の混合気を着火しないように前記少なくとも他の１回の点火を実行する如く構成した。
【００５６】
尚、この発明の実施の形態を同一気筒に対して１燃焼サイクルに２回点火するエンジンを例にとって説明したが、それに限られるものではなく、３回以上点火するエンジンにも同様に妥当する。
【００５７】
また、この発明の実施の形態を１個の気筒に２個の点火プラグを備えるエンジンを例にとって説明したが、それに限られるものではなく、１個の気筒に１個の点火プラグのみ備えるエンジンにも同様に妥当する。
【００５８】
さらに、１個の気筒に２個の点火プラグを備えるエンジンを例にとって説明すると共に、その２個の点火プラグでの点火（本点火とプレ点火）を同時に行うようにしたが、２個の点火プラグでの点火を適宜な位相差をもって時間的にずらせるようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、２個の点火プラグを介して複数回の点火の中の１回を、内燃機関の出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期で実行し、２個の点火プラグを介して少なくとも他の１回を第１の点火時期よりもクランク角度において先行する第２の点火時期で実行する如く構成したので、第１の点火時期で実行される本来的な点火の前に、第２の点火時期で実行される点火を行うこととなり、混合気の活性化を促進することができ、それによって本来の点火時の燃焼期間を短縮することができ、着火性を向上させることができて燃焼特性を改善することができる。また、混合気の活性化の促進によって筒内圧力や等容度を向上させることができ、出力トルク特性を向上させることができる。
【００６０】
請求項２項においては、燃焼室の混合気を着火しないように他の１回の点火を実行する如く構成したので、第１の点火時期で実行される本来的な点火の前に、混合気の活性化を一層良く促進することができ、それによって本来の点火時の燃焼期間を短縮することができ、着火性を向上させることができて燃焼特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の点火制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１に示すエンジンのシリンダへッド付近の拡大説明斜視図である。
【図３】図１に示す装置の中のＥＣＵの入出力を示すブロック図である。
【図４】図１に示す内燃機関の点火制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図５】同様に、図１に示す内燃機関の点火制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図６】図４および図５に示す内燃機関の点火制御装置の動作を示すタイム・チャートである。
【図７】図４および図５に示す装置の動作に基づくプレ点火を実機に適用したときの実験結果を示すデータ図である。
【図８】同様に図４および図５に示す装置の動作に基づくプレ点火を実機に適用したときの実験結果を示すデータ図である。
【図９】同様に図４および図５に示す装置の動作に基づくプレ点火を実機に適用したときの実験結果を示すデータ図である。
【図１０】同様に図４および図５に示す装置の動作に基づくプレ点火を実機に適用したときの実験結果を示すデータ図である。
【図１１】図８に示す等容度の定義を示す説明図である。
【符号の説明】
１０内燃機関（エンジン）
１２気筒
２６燃焼室
３０点火プラグ
５０クランク角センサ
５２絶対圧センサ
７０ＥＣＵ（電子制御ユニット）
７２点火装置

Claims

同一気筒に対して２個の点火プラグを備えると共に、１燃焼サイクルに複数回点火するように制御する内燃機関の点火制御装置において、
ａ．前記２個の点火プラグを介して前記複数回の点火の中の１回を、前記内燃機関の出力トルクが最大となる最小点火進角に基づいて得た第１の点火時期で実行する第１の点火実行手段、および
ｂ．前記２個の点火プラグを介して前記複数回の点火の中の少なくとも他の１回を、前記第１の点火時期よりもクランク角度において先行する第２の点火時期で実行する第２の点火実行手段、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
前記第２の点火実行手段は、前記内燃機関の燃焼室の混合気を着火しないように前記少なくとも他の１回の点火を実行することを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の点火制御装置。