JP4275289B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１気筒に２つの点火プラグを備えた内燃機関の点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の１つの気筒に複数の点火プラグを設け、それらの点火プラグの点火時期を異なるものとして、排気特性を改善するようにした点火時期制御装置が、従来より知られている（例えば特開平６−３２３２３０号公報）。この装置では、複数の点火プラグの点火時期を機関運転状態に応じて決定する場合の演算装置の負荷を軽減することを目的とし、特定の点火プラグについて通常の点火時期決定のための演算を実行し、他の点火プラグについては、前記特定点火プラグの点火時期に応じて比較的に簡単な演算式で点火時期を決定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１気筒に複数の点火プラグを有する内燃機関においてすべての運転状態において、点火プラグ毎に点火時期を異なるものとすることは、必ずしも必要ではないため、演算装置の演算負荷を軽減する上では、改善の余地が残されていた。
【０００４】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、気筒毎に２つの点火プラグを有する内燃機関の各点火プラグの点火時期をより適切に制御し、演算装置の負荷を軽減するとともに、ノッキングや振動ノイズの抑制を効果的に実現することができる点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、１サイクルに少なくとも１回点火を実施する２つの点火プラグを各気筒の燃焼室の対角線上に備えた内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御装置において、前記気筒を、該気筒の燃焼室に接続された吸気ポートの延びる方向に対してほぼ垂直な平面であって、当該気筒の中心線を含む平面により、吸気側と、排気側とに分割した場合において、前記２つの点火プラグは、前記吸気側及び排気側にそれぞれ１つずつ配置されており、前記機関の回転速度及び負荷に基づいて定められる所定の運転領域では、前記２つの点火プラグを異なる点火時期に点火し、前記所定運転領域以外の運転領域では同じ点火時期に点火し、前記所定運転領域は、前記機関の回転速度が所定上限値以下で、かつ前記機関負荷が所定負荷以上の運転領域であることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、機関の回転速度及び負荷に基づいて定められる所定の運転領域では、２つの点火プラグが異なる点火時期に点火され、前記運転領域以外の運転領域では同じ点火時期に点火されるので、前記所定運転領域を、異なる点火時期設定とすることによる効果が顕著な運転領域に限定することにより、演算装置の負荷及びメモリ容量を軽減できる。また、前記所定運転領域を、機関の回転速度が所定上限値以下で、かつ機関負荷が所定負荷以上の運転領域とすることにより、点火時期を異ならせることによるノッキングや振動ノイズの顕著な抑制効果を得ることができる。
【０００７】
ここで、前記機関の気筒を、該気筒の燃焼室に接続された吸気ポートの延びる方向に対してほぼ垂直な平面であって、当該気筒の中心線を含む平面により、吸気側と、排気側とに分割した場合において、前記２つの点火プラグは、前記吸気側及び排気側にそれぞれ１つずつ配置されていることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の要部の構成を示す図であり、４気筒の内燃機関（以下「エンジン」いう）１は、１つの気筒２に２つの点火プラグを備えている。図２は、気筒２の上方からみた、要部の構成を説明するための図であり、吸気弁、排気弁等は、省略して示されている。図１及び２を参照し、＃１気筒を例にとって説明すると、吸気ポート４が吸気口５を介して燃焼室３に接続され、排気ポート６が排気口７を介して燃焼室３に接続されている。燃焼室３を平面Ａにより分割し、吸気口５を含む部分を吸気側と呼び、排気口７を含む部分を排気側と呼ぶこととすると、２つの点火プラグ８Ｉ１，８Ｅ１は、それぞれ燃焼室３の対角線ＬＴ上に配置され、吸気側燃焼室上部及び排気側燃焼室上部に取り付けられている。ここで対角線ＬＴは、気筒２の軸方向Ｙに延びる中心線ＬＣと交差し、該中心線ＬＣに垂直な直線である。また平面Ａは、気筒２を軸方向Ｙからみた状態で吸気ポート４が延びる方向Ｘに対してほぼ垂直な平面であって、気筒２の軸方向Ｙに延びる中心線ＬＣを含む平面である。＃２気筒〜＃４気筒も同様に構成されている。
【０００９】
なお、以下の説明では、点火フラグ全体を総称するときは、「点火プラグ８」といい、吸気側点火プラグを総称するときは、「吸気側点火プラグ８Ｉ」といい、排気側点火プラグを総称するときは、「排気側点火プラグ８Ｅ」という。
吸気側点火プラグ８Ｉ１及び排気側点火プラグ８Ｅ１は、それぞれ電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）１１に接続されており、ＥＣＵ１１によりその作動が制御される。
【００１０】
ＥＣＵ１１には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ１１に供給される。クランク角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ１１に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１１】
さらにＥＣＵ１１には、吸気ポート４に連通する吸気管のスロットル弁下流側の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを検出する吸気管内絶対圧センサ１３、及び図示しない他のセンサ（吸気温センサ、エンジン冷却水温センサなど）が接続されいる。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ１１に供給される。
【００１２】
また吸気ポート４には、燃料噴射弁９が設けられており、その作動がＥＣＵ１１により制御される。
ＥＣＵ１１は、各種センサの検出信号に応じて点火プラグ８による点火時期及び燃料噴射弁９の開弁時間及び開弁時期を制御する。
【００１３】
本実施形態では、２つの点火プラグを同時に点火する方法を採用しているため、気筒＃１，＃２，＃３及び＃４の点火プラグは、図３に示すようにＥＣＵ１１に接続されている。すなわち、＃１気筒の吸気側点火プラグ８Ｉ１及び＃４気筒の排気側点火プラグ８Ｅ４が点火信号ＳＩＧ１により駆動され、＃１気筒の排気側点火プラグ８Ｅ１及び＃４気筒の吸気側点火プラグ８Ｉ４が点火信号ＳＩＧ２により駆動され、＃３気筒の吸気側点火プラグ８Ｉ３及び＃２気筒の排気側点火プラグ８Ｅ２が点火信号ＳＩＧ３により駆動され、＃３気筒の排気側点火プラグ８Ｅ３及び＃２気筒の吸気側点火プラグ８Ｉ２が点火信号ＳＩＧ４により駆動されるように構成されている。
【００１４】
図４は、点火信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧ４による点火時期を説明するためのタイムチャートであり、図の上向きの矢印のタイミングで点火が実行される。すなわち、同図（ａ）（ｂ）に示すように、点火信号ＳＩＧ１及びＳＩＧ２により、＃１気筒の膨張行程の直前及び＃４気筒の膨張行程の直前で点火が行われ、また同図（ｃ）（ｄ）に示すように、点火信号ＳＩＧ３及びＳＩＧ４により、＃３気筒の膨張行程の直前及び＃２気筒の膨張行程の直前で点火が行われる。
【００１５】
図５は、点火プラグ８の点火時期を算出する処理のフローチャートであり、この処理は、ＥＣＵ１１のＣＰＵ（中央処理ユニット）によりＴＤＣ信号パルスに同期して実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてＩＧＭＡＰＩＮマップを検索し、吸気側点火プラグ８Ｉの基本点火時期ＩＧＭＡＰＩＮを算出する。次いでエンジン運転状態が、図６に右下がりのハッチングを付して示す位相差点火領域、すなわち吸気側点火プラグ８Ｉの点火時期と、排気側点火プラグ８Ｅの点火時期とを異なるものとする所定運転領域にあるか否かを判別する（ステップＳ１２）。図６において、所定吸気管内絶対圧ＰＢＡ２，ＰＢＡ３及びＰＢＡ４は、それぞれ例えば４８ｋＰａ（３６０ｍｍＨｇ）、７４．７ｋＰａ（５６０ｍｍＨｇ）及び１０１．３ｋＰａ（７６０ｍｍＨｇ）に設定され、所定エンジン回転数ＮＥ１，ＮＥ２及びＮＥ３は、それぞれ例えば１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ及び４５００ｒｐｍに設定される。
【００１６】
エンジン運転状態が位相差点火領域にあるときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、ＩＧＭＡＰＥＸマップを検索し、排気側点火プラグ８Ｅの基本点火時期ＩＧＭＡＰＥＸを算出し（ステップＳ１３）、ステップＳ１５に進む。ＩＧＭＡＰＥＸマップは位相差点火領域についてのみ設定されており、ＩＧＭＡＰＩＮマップの同一の運転状態における設定値より、遅角側に設定されている。
【００１７】
図７は、吸気管内絶対圧ＰＢＡを一定としたときの、エンジン回転数ＮＥとマップ設定値ＩＧＭＡＰＩＮ，ＩＧＭＡＰＥＸとの関係の一例を示す図であり、エンジン回転数ＮＥが１５００ｒｐｍから４５００ｒｐｍの範囲で、排気側基本点火時期ＩＧＭＡＰＥＸの方が遅角側に設定される。
【００１８】
一方、エンジン運転状態が位相差点火領域以外の運転領域（図６において右上がりハッチングを付して示す領域）にあるときは、排気側基本点火時期ＩＧＭＡＰＥＸを、ステップＳ１１で算出した吸気側基本点火時期ＩＧＭＡＰＩＮに設定してステップＳ１５に進む。
【００１９】
ステップＳ１５では、エンジン温度などに応じて補正項ＩＧＣＲを算出し、次いで、基本点火時期ＩＧＭＡＰＩＮ及びＩＧＭＡＰＥＸに補正項を加算することにより、吸気側点火時期ＩＧＬＯＧＩＮ及び排気側点火時期ＩＧＬＯＧＥＸを算出する（ステップＳ１６）。
【００２０】
このように算出された点火時期ＩＧＬＯＧＩＮ及びＩＧＬＯＧＥＸに応じて点火信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧ４が生成され、各点火プラグ８に供給される。
以上のように本実施形態では、１つの気筒に設けられた２つの点火プラグ、すなわち吸気側点火プラグ８Ｉ及び排気側点火プラグ８Ｅの点火時期ＩＧＬＯＧＩ及びＩＧＬＯＧＥＸとを同一とする同時点火を行う運転領域と、位相差点火を行う運転領域とを設定し、エンジン運転状態が位相差点火領域にあるときのみ、ＩＧＭＡＰＥＸマップの検索を行い、同時点火を行う運転領域にあるときは、マップ検索を行うことなく、排気側基本点火時期ＩＧＭＡＰＥＸを吸気側基本点火時期ＩＧＭＡＰＩＮに設定するようにした、すなわち位相差点火を実行することによる効果が顕著な運転領域に限定して位相差点火を行うようにしたので、ＥＣＵ１１のＣＰＵの演算負荷を軽減するともに、ＩＧＭＡＰＥＸマップを格納するために必要なメモリの記憶容量も低減することができる。
【００２１】
次に図８及び図９を参照して、位相差点火を実行することによる効果を詳細に説明する。
図８は、エンジン回転数ＮＥ＝２５００ｒｐｍ、スロットル全開運転における吸気側点火時期ＩＧＬＯＧＩＮと、エンジン出力トルクＴＲＱとの関係を示す図であり、ラインＬ１は、吸気側点火時期ＩＧＬＯＧＩＮに応じて排気側点火時期ＩＧＬＯＧＥＸを最適に設定した場合の特性を示している。点Ｐ２は、ＩＧＬＯＧＩＮ＝１０ｄｅｇ，ＩＧＬＯＧＥＸ＝３ｄｅｇに設定した場合に対応し、位相差点火を行った場合に最大出力トルクが得られる動作点である。これに対し、点Ｐ１は、同時点火を行った場合（ＩＧＬＯＧＩＮ＝ＩＧＬＯＧＥＸ＝６ｄｅｇ）のノッキング限界に対応する動作点（ノッキングを発生させることなく出力トルクが最大となる動作点）である。すなわち、この例では、位相差点火を行うことにより、ノッキングを発生されることなくΔＴＲＱ１＝０．２ｋｇｍだけエンジン出力トルクを増加させることができる。これは以下に説明するように、位相差点火を行うことによりノッキングを防止することができるからである。
【００２２】
エンジン１の燃焼室３には、図２に示す矢印Ｘの方向で混合気が流入し、時計回りのスワールが発生する。そこで、先ず吸気側点火プラグ８Ｉ１による点火を実行すると、その点火プラグ８Ｉ１の近傍から排気側点火プラグ８Ｅ１に向かって燃焼が進む。したがって吸気側点火プラグ８Ｉ１より遅れて排気側点火プラグ８Ｅ１による点火を行うことにより、いわゆるエンドガス部が異常着火する前に（ノッキングが発生する前に）通常燃焼を行わせることができるので、ノッキンを発生させることなく、エンジン出力トルクを最大とする点火時期の設定が可能となる。
【００２３】
図９は、位相差点火を行うことにより、筒内圧ＰＣＹＬの変化率ｄＰ／ｄθの最大値を同時点火より小さくすることができ、エンジンの振動ノイズを低減することができることを説明するための図（運転状態は、ＮＥ＝３０００ｒｐｍのスロットル全開運転）であり、この図において実線は位相差点火（ＩＧＬＯＧＩＮ＝１０ｄｅｇ，ＩＧＬＯＧＥＸ＝３ｄｅｇ）の特性を示し、破線は同時点火（ＩＧＬＯＧＩＮ＝ＩＧＬＯＧＥＸ＝８ｄｅｇ）の特性を示す。
【００２４】
同図（ａ）に示すように筒内圧ＰＣＹＬはほぼ同等の特性となるが、変化率ｄＰ／ｄθは、その最大値ｄＰ／ｄθＭＡＸが、同図（ｂ）に示すように位相差点火の方が同時点火より小さくなる。同図（ｃ）の実線は、吸気側点火時期ＩＧＬＯＧＩＮ＝１０ｄｅｇに固定した場合の、排気側点火時期ＩＧＬＯＧＥＸと、最大変化率ｄＰ／ｄθＭＡＸとの関係を示し、同図（ｄ）の実線は同じ設定の場合の排気側点火時期ＩＧＬＯＥＸと、エンジン出力トルクＴＲＱとの関係を示す。また同図（ｃ）（ｄ）の破線は、ＩＧＬＯＧＩＮ＝ＩＧＬＯＧＥＸとした場合の、排気側点火時期ＩＧＬＯＧＥＸと、最大変化率ｄＰ／ｄθＭＡＸ及びエンジン出力トルクＴＲＱとの関係を示す。
【００２５】
エンジンの振動ノイズは、最大変化率ｄＰ／ｄθＭＡＸが増加するほど大きくなるので、最大変化率ｄＰ／ｄθＭＡＸを例えば同図（ｃ）の閾値ＤＰＴＨ以下に抑えることとすると、位相差点火の方が、同時点火に比べてΔＴＲＱ２だけエンジン出力トルクを増加させることができる。
【００２６】
さらに位相差点火を行うことにより、空燃比をよりリーン化することが可能となり、燃費を向上させることができるとともに、排気還流量を増加させることができるので、排気特性を改善する効果も得られる。
本実施形態では、ＥＣＵ１１が点火時期制御装置を構成する。
【００２７】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、位相差点火を行う場合、吸気側点火時期ＩＧＬＯＩＮを排気側点火時期ＩＧＬＯＧＥＸに対して進角させる設定としたが、これに限るものではなく、排気側点火時期ＩＧＬＯＥＸを吸気側点火時期ＩＧＬＯＩＮに対して進角させる設定としてもよい。その場合でも、吸気側点火時期ＩＧＬＯＧＩＮを、エンドガス部が異常着火する前に点火させるタイミングとすれば、ノッキング抑制効果が得られる。
また上述した実施形態では、１つの点火信号で２つの点火プラグを駆動する構成（図３）を採用したが、各点火プラグ毎に点火信号を生成して、各点火プラグを駆動する構成を採用してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、機関の回転速度及び負荷に基づいて定められる所定の運転領域では、２つの点火プラグが異なる点火時期に点火され、前記運転領域以外の運転領域では同じ点火時期に点火されるので、前記所定運転領域を、異なる点火時期設定とすることによる効果が顕著な運転領域に限定することにより、演算装置の負荷及びメモリ容量を軽減できる。また、前記所定運転領域を、機関の回転速度が所定上限値以下で、かつ機関負荷が所定負荷以上の運転領域とすることにより、点火時期を異ならせることによるノッキングや振動ノイズの顕著な抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の要部の構成を示す図である。
【図２】内燃機関の各気筒における点火プラグの配置を説明するための図である。
【図３】電子制御ユニット（ＥＣＵ）と、各気筒の点火プラグとの接続を説明するための図である。
【図４】図３の構成において、点火信号のタイミングを説明するためのタイムチャートである。
【図５】点火時期を算出する処理のフローチャートである。
【図６】機関運転領域に応じた点火時期の設定を説明するための図である。
【図７】点火時期算出用のマップの設定例を示す図である。
【図８】位相差点火によるノッキングの回避と機関出力の増加を説明するための図である。
【図９】位相差点火による最大筒内圧変化率（ｄＰ／ｄθＭＡＸ）の低減と、それによる機関出力増加を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃焼室
４ 吸気ポート
５ 吸気口
６ 排気ポート
７ 排気口
８Ｉ１〜８Ｉ４ 吸気側点火プラグ
８Ｅ１〜８Ｅ４ 排気側点火プラグ
１１ 電子制御ユニット
１２ クランク角度位置センサ
１３ 吸気管内絶対圧センサ

Claims (1)

1. １サイクルに少なくとも１回点火を実施する２つの点火プラグを各気筒の燃焼室の対角線上に備えた内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御装置において、
   前記気筒を、該気筒の燃焼室に接続された吸気ポートの延びる方向に対してほぼ垂直な平面であって、当該気筒の中心線を含む平面により、吸気側と、排気側とに分割した場合において、前記２つの点火プラグは、前記吸気側及び排気側にそれぞれ１つずつ配置されており、
   前記機関の回転速度及び負荷に基づいて定められる所定の運転領域では、前記２つの点火プラグを異なる点火時期に点火し、前記所定運転領域以外の運転領域では同じ点火時期に点火し、
   前記所定運転領域は、前記機関の回転速度が所定上限値以下で、かつ前記機関負荷が所定負荷以上の運転領域であることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

Images