JP4638603B2 - 点火制御装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、点火装置並びに相応の点火制御方法に関する。
【０００２】
本発明は任意の点火制御に適用可能なものではあるが、ここでは本発明並びにその基礎をなす問題について自動車のダッシュボードにおかれるエンジン制御機器に基づいて説明を行う。
【０００３】
点火コイル式点火システムないし点火装置に対する点火事象の制御のための点火制御装置は、実質的に２つの制御機能を有しており、すなわち、点火コイルの投入持続時間ないし充電持続時間に関する所望の点火エネルギの制御と、点火コイルの遮断時点ないし充電終了時点に関する点火パルスの角度依存性の制御である。
【０００４】
コイル点火装置のもとで点火コイルの充電期間に亘って配分される点火エネルギは、コイルの電気的な切換回路に印加される搭載電源電圧と電気的な切換回路の時定数に相応して種々異なる長さである。
【０００５】
通常はそのつどの目標値が、回転数とさらなる可能なエンジンパラメータに依存して特性マップとして制御機器にファイルされている。
【０００６】
この目標値“充電時間”“点火角度”は、回転数動特性の出現の際には目標衝突を生じる。充電フェーズ開始の角度位置、つまりドエル角が次のように選択されなければならない。すなわち充電時間の終了後に点火角度に達するように選択されなければならない。このことはすなわち点火事象の計算の時点でクランク軸回転移動における時間−角度−経過特性が既知でなければならない。
【０００７】
極端な回転数動特性と低周波な回転数走査の際に、特にエンジン始動時に、通常の点火制御装置では、無視できない時間−角度−経過の評価エラーが生じる。
【０００８】
通常の制御装置は、角度センサホイールに亘った角度信号の出力が得られ、これは等角度のパルスを点火制御装置に供給する。しかしながら計算経過時間の理由から、点火事象の計算は、大抵の点火制御装置アーキテクチャにおいてはセグメント方式でしか行われない。この場合の１つのセグメントとは、クランク軸の７２０゜の角度間隔を気筒数で割ったものであり、例えば４気筒ならば１８０゜である。それ故に計算において求められた点火事象の角度位置は、角度センサホイールに亘って点火制御装置に通常使用されているタイマー/カウンタ−回路を介して十分正確に測定され得るが、この計算自体は、検出された回転数に基づいたものであり、この検出による回転数自体は回転数動特性の現れている状況のもとでは必ずしも点火位置に一致しない。
【０００９】
次に前述したような問題を、図２に概略的に示されている４気筒内燃機関の場合の点火シーケンスに基づいて説明する。
【００１０】
図２では、ｘ軸上にクランク軸角度ＫＷがプロットされており、ｙ軸上には、点火経過ＺＺが示されている。これは点火順序、２−１−３−４−２を有している。ここでの１つの完全な周期は７２０゜である。これはサイクル期間ｔ_ZYKに相応している。また１つのセグメントは７２０゜÷４＝１８０゜であり、これはセグメント期間ｔ_SEGに相応する。
【００１１】
図３には、４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントにおける点火制御機能経過が点火パルス電流Ｉ_Zの制御に関して概略的に示されている。
【００１２】
０゜では回転数Ｎが検出され、その直後に充電期間ｔ_L並びに点火角度ｗ_Z（これはほぼドエル角に等しい）が特性マップＢから取り出される。
【００１３】
その後でドエル角ないし充電開始角度ｗ_LBが同形移動の想定のもとに次の関係式
ｗ_LB＝ｗ_Z−ｔ_L・ω
から求められる。この場合前記ωは回転数Ｎに相応する角速度である。計算経過時間の理由から、この時間的及び角度的な点火事象の位置は、点火間隔毎に一度だけ算出される。
【００１４】
充電時間送出モードの場合では、カウンタＣ１を用いて角度ｗ_LBが０゜から出発してクランク軸センサ信号ＫＷＳに関して検出され、角度ｗ_LBに達した場合には、点火コイルの出力段が起動制御される。それにより充電期間ｔ_Lはマスタクロックによって制御され、充電期間ｔ_Lの経過後にこの制御が中断される。
【００１５】
点火角度送出モードの場合では、カウンタＣ１を用いて角度ｗ_LBが０゜から出発してクランク軸角度センサ信号ＫＷＳに関して検出され、角度ｗ_LBに達した場合に、点火コイルの出力段が制御される。さらなるカウンタＣ２を用いて角度ｗ_Zが０゜から出発してクランク軸センサ信号ＫＷＳに関して検出され、角度ｗ_Zに達した場合にこの制御が中断される。
【００１６】
回転数経過の誤った計算、例えばエンジン始動の際の誤った計算は無視できないので、点火制御装置では通常は制御目標、充電時間及び点火角度の優先度付けが行われる。
【００１７】
充電時間の正確な送出のためにタイマ/カウンタ回路を介したいわゆる充電時間送出モードが決定された場合には、スタート加速のもとで（回転数上昇）点火角度の遅延ずれによるずれが生じる。それに対して点火角度を正確に送出する、いわゆる点火角度送出モードが決定された場合には、スタート動特性のもとで充電時間とそれに共なう点火コイルのエネルギは、縮小する。そのため失火の危険性が生じ得る。
【００１８】
それ故に通常は送出方式、つまり充電時間送出または点火角度送出が、目標システムの特性に依存して固定的に設定されるか、あるいは限界回転数のもとでの送出方式の切換が行われる。この場合は始動期間中の充電時間送出と、動特性エラーが無視できる位に回転数走査が高周波である限界回転数からの点火角度送出への切換が通常である。但し別の側からは点火角度に亘る回転トルクの応答性も強く低下する。
【００１９】
それ故に一般的に有効な計算ステップに関しての送出方式の自動的な選択、すなわち計算期間中に送出方式自体を目下の物理的所与性から求めることが望ましい。
【００２０】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の本発明による点火制御装置と、請求項５による相応の点火制御方法は、公知の解決手法に比べて次のような利点を有している。すなわち点火制御装置の目下の物理的所与性の選択に合った点火方式が実施される利点を有している。別の言葉を用いれば、物理的関係の有利なモデル的表示が（これはコイル点火に重要な意味をなす）、点火制御装置内部に設けられる。それにより、高価なアプリケーションなしで点火制御装置並びに目下のエンジンに最も有利な動作モードが選択可能となる。
【００２１】
このことは特に点火充電時間送出と点火角度送出の間の送出方式の一義的な優先付けが許容されない制御装置の場合には重要である。点火ユニットの使用、すなわちコイルや点火器の投入は、程良い充電時間と高温のシリンダヘッドへの組付けと共にここではさらなる自由度をもたらす。さらに、本発明は点火制御装置の適用も容易にする。なぜならモード選択が自動的に目下の物理的所与性から求められるからである。それと共に種々異なる使用領域での必要性に対する適応化は著しく容易となる。
【００２２】
本発明の基礎をなす考察は、充電時間送出モードにおける点火角度のエラーの評価および/または点火角度送出モードにおける充電時間のエラーの評価を、検出時点以降に生じ得る回転数変化に基づいて実施することである。例えばある閾値を上回るなどの、エラーの評価に基づいて、点火角度送出と充電時間送出の点火制御モードの確定が点火セグメント毎に行われる。
【００２３】
有利には、時間送出モードにおける点火角度エラーが評価され、この評価に基づいて、点火角度送出と充電時間送出のモード選択が決定される。換言すれば、点火制御装置自体が、推測し得る送出エラーの許容の可否を決定する。
【００２４】
請求項１に記載の本発明による点火制御装置と請求項５に記載の本発明による点火制御方法の別の有利な実施例及び改善例は従属請求項に記載されている。
【００２５】
本発明の有利な構成例によれば、エラー評価装置が次のように構成される、すなわち充填時間送出モードにおける点火角度のずれを評価し、評価されたずれが所定の限界値を上回る場合に、点火制御モード−確定装置が点火角度送出モードを確定する、
本発明のさらに別の有利な実施例によれば、エラー評価装置は、回転数及び/又は回転数の時間的変化の考慮下で回転数検出エラーを評価する回転数検出エラー評価装置と、評価された回転数検出エラーに所定の充電時間を重み付けする重み付け装置と、検出時点と充電開始角度に相応する充電開始時点との間で生じ得る回転数変化に相応して補正値を求める補正装置とを有している。
【００２６】
さらに別の有利な実施例によれば、エラー評価装置がエンジン温度を検出する温度検出装置と、検出されたエンジン温度に基づくずれに対する評価値を送出する特性マップ装置とを有している。
【００２７】
図面
図面には本発明の実施例が示されており、これらは以下の明細書で詳細に説明される。この場合、
図１は、本発明による実施例の説明のためのフローチャートであり、
図２は、４気筒内燃機関の場合の点火シーケンスを概略的に示した図であり、
図３は、４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントにおける点火制御機能経過を概略的に示した図である。
【００２８】
実施例の説明
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。なお図中の同じ構成要素または機能の同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【００２９】
図１には本発明による実施例を説明するためのフローチャートが示されている。この実施例では以下に述べる手法が提案されている。
【００３０】
まず、ステップ１００では、該当するシリンダのセグメントの開始時点において回転数Ｎの測定ないし検出が図３に示されているのに類似して行われる。この場合、点火送出において重要な時間角度経過の評価に対して必要な回転数情報は、通常は角度間隔に関する時間データとして存在する。
【００３１】
測定される時間−角度−経過の測定品質は、ステップＳ２００において回転数Ｎの閾値比較と測定時点の回転数経過の時間的一次導関数ｄＮ／ｄｔを介して評価される。ベース回転数が少なければ少ないほど、そしてこの回転数から作用する加速度が大きければ大きいほど、点火制御装置の時間−角度−測定は不正確になる。閾値比較は、絶対的回転数測定エラーに対する評価を提供する。閾値、回転数、及び回転数導関数ないし変化は測定品質を評価し、制御品質をも評価する。
【００３２】
評価された絶対的回転数測定エラーは、目標充電時間ｔ_Lによって重み付けされる。それにより、角度エラーの成分（これは回転数エラー測定によって生じる）は、ステップＳ３００において評価される。
【００３３】
セグメント開始と点火角度ｗ_Zの間の角度間隔からは、ステップＳ４００において、補正値が算出される。この補正値は動的エラーに相応し、これはセグメント開始から充電開始ｗ_LBまでの回転数上昇によって生じる。
【００３４】
ドエル期間ないし目標充電時間ｔLによって重み付けされる回転数測定エラー、すなわち角度エラーと補正値は、ステップＳ５００において加算される。それにより、充電時間送出モードにおける最大の遅延ずれに対する評価が得られる。
【００３５】
以下では、充電時間送出モードにおける点火角度エラーの数値的評価に対する具体例を説明する。この場合２つのセグメント間の移動形態に対しては比較的良好な近似の中で一定の加速が認められる。
【００３６】
充電時間送出のもとでの点火角度の偏差は以下の式によって得られる。
【００３７】
ｚｗｏｕｔ_real＝ｚｗｏｕｔ＋ｓｚｏｕｔ・(ｎｍｏｔ_ist−ｎｍｏｔ_sg)＋
ａ・ｔ_Ladebeginn・ｓｚｏｕｔ＋1/2・ｓｚｏｕｔ²
この場合前記ｚｗｏｕｔ_realは、一定の加速のもとで実際に送出される点火角度であり（この角度は、事象計算の状況に関連する）、
目標点火角度のｚｗｏｕｔは事象計算の状況に関連し、
前記ｎｍｏｔ_istは点火事象計算のもとでの実際の回転数であり、
前記ｎｍｏｔ_sgは制御機器の回転数情報であり（測定角度間隔に関する平均化によって測定回転数は実際の回転数よりも小さい）、その際ｆ（ｎｍｏｔsg,ｄｎ）が例えば特性マップとして与えられてもよい。この場合の前記ｄｎは、最後の測定以降の回転数変化である。前記ａは、加速度であり（ｆ(dn)）、前記ｔ_Ladebeginnは、充電フェーズの開始時点の事象計算の時間であり（ｆ(swout,ｚwout)・ｔｓｅｇ）、前記ｓｗｏｕｔは、推測し得るドエル角、すなわちｓｚｏｕｔ/ｔｓｅｇ・セグメント角度であり、前記ｔｓｅｇはセグメント時間、すなわちクランク軸角度７２０゜の気筒数によって割られた角度間隔に対する時間である。
【００３８】
それにより点火角度送出の評価された送出エラーは以下の式、
ｚｗｆｅｈｌｅｒ＝ｚｗｏｕｔ_real−ｚｗｏｕｔ
によって得られる。充電時間送出モードにおける最大の遅延ずれが、予め定められた限界値を上回ると、ステップＳ７００の点火角度送出モードＺＷＡに切換えられ、それ以外はステップＳ８００の充電時間送出モードＬＺＡに進む。ステップＳ６００のこの決定は、始動後の第２の点火の前に実施されるべきものである。なぜならそこでは動的エラーが最大となるからである。
【００３９】
さらなる経過においては点火角度送出モードＺＷＡが維持されてもよい。但し限界値を下回った場合には、再び充電時間送出モードＬＺＡに切換えられる。またさらなる基準、例えば所定の回転数に達するなどの基準がモード決定に対して組込まれてもよい。
【００４０】
充電時間送出モードの場合を図３に基づいて前述のように説明する。充電開始角度の到達後、充電時間分待機され、点火コイルにおける目標エネルギの正確な維持のもとで点火される。それにより最小の損失出力のもとに十分なエネルギが保証される。点火角度は、比較的低い回転数と比較的大きな加速度のもとでドエル期間と目標点火角度の位置に依存して遅角方向にシフトされる。それ故に点火角度の適用においては、スターター回転数のオーダーにおける回転数のもとで有利には動的ずれ（Dynamikvorhalt)が進角方向に加算される。
【００４１】
点火角度送出モードでは、図３に関連して前述したように、点火角度が充電開始角度に依存せずに測定される。加速度の発生のもとでは充電時間の経過前に点火される。適応化においてはここでは有利には比較的大きな加速度と比較的小さな回転数のもとで、充電時間に対する動的ずれが進角方向に適用される。
【００４２】
本発明は前述のように有利な実施例に基づいて詳述してきたが、しかしながらこれは本発明がこれらのものに限定されることを意味するものではなく、それどころか本発明はさらなる多種多様な変形も可能である。
【００４３】
選択的に、充電時間送出モードにおける最大の遅延ずれは、エンジン温度に関する特性曲線を介して評価してもよい。なぜなら始動における点火のもとでは点火角度がランアップ（Hochlauf)の間に近似的に一定に維持され、温度に応じてエンジンの加速が常にほぼ同じように経過するからである。この特性曲線は、ｚｗｆｅｈｌｅｒ＝ｆ（ｔｍｏｔ）の形態を有する。
【００４４】
最大限可能な点火角度エラーは、与えられた目標点火角度、目標ドエル期間に対するオフラインと温度のもとで測定された加速度プラス生じ得るばらつきと共に計算されるべきである。これに対しては回転数に関するエンジンのランアップ特性が経年変化に関しても再生可能であるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施例の説明のためのフローチャートである。
【図２】 ４気筒内燃機関の場合の点火シーケンスを概略的に示した図である。
【図３】 ４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントにおける点火制御機能経過を概略的に示した図である。

Claims (8)

1. 内燃機関のための点火コイル装置の制御のための点火制御装置において、
   そのつどのシリンダの点火サイクル内での検出時点における内燃機関の回転数検出のための回転数検出装置と、
   内燃機関の目下のクランク軸角度の検出のための角度検出装置と、
   検出された回転数に相応する所定の点火角度と、検出されたバッテリ電圧に相応する所定の充電時間と、相応の充電開始角度とを確定するための確定装置と、
   クランク軸センサ信号に基づき充電開始角度Ｗ _ＬＢ に達したことが検出された場合に、点火コイルの出力段の起動制御によって点火コイルを起動制御しかつ充電期間ｔ _Ｌ の経過後に前記点火コイルの起動制御を中断する、点火コイル装置の充電時間を正確に送出する、充電時間送出モードにおける点火コイル装置への充電時間の送出のための、又は、
   クランク軸センサ信号に基づき充電開始角度Ｗ _ＬＢ に達したことが検出された場合に、点火コイルの出力段の起動制御によって点火コイルを起動制御しかつクランク軸センサ信号の検出によって点火角度Ｗ _Ｚ に達したことが検出された場合に当該点火角度Ｗ _Ｚ の到達に基づいて前記点火コイルの起動制御を中断する、点火角度を正確に送出する、点火角度送出モードにおける点火角度送出のための点火制御値−送出装置と、
   充電時間送出モードにおける点火角度のエラーおよび/または点火角度送出モードにおける充電時間のエラーを、回転数検出時点後に生じ得る回転数変化に基づいて評価するためのエラー評価装置と、
   前記評価されたエラーに基づいて、点火セグメント毎に点火制御モードを、前記点火角度送出モードか又は充電時間送出モードから確定するための点火制御モード−確定装置とを有していることを特徴とする点火制御装置。
2. 前記エラー評価装置は、評価したずれが所定の限界値を上回っている場合に、充電時間送出モードの点火角度のずれを評価し、点火制御モード−確定装置が点火角度送出モードを確定するように構成されている、請求項１記載の点火制御装置。
3. 前記エラー評価装置は、回転数および/または回転数の時間的変化の考慮の下で回転数検出エラーを評価するための回転数検出エラー評価装置と、
   評価された回転数検出エラーを所定の充電時間と共に重み付けするための重み付け装置と、
   検出時点と充電開始角度に相応する充電開始時点の間の生じ得る回転数変化に相応して補正値を求めるための補正装置とを有している、請求項１記載の点火制御装置。
4. 前記エラー評価装置は、エンジン温度検出のための温度検出装置と、
   検出されたエンジン温度に基づいてずれに対する評価値を送出するための特性曲線−装置とを有している、請求項１または２記載の点火制御装置。
5. 内燃機関のための点火コイル装置の制御のための点火制御方法において、
   そのつどのシリンダの点火セグメント内で検出時点における内燃機関の回転数を検出するステップと、
   検出された回転数に相応する所定の点火角度と、検出された回転数に相応する所定の充電時間と、相応の充電開始角度とを確定するステップと、
   クランク軸センサ信号に基づき充電開始角度Ｗ _ＬＢ に達したことが検出された場合に、点火コイルの出力段の起動制御によって点火コイルを起動制御しかつ充電期間ｔ _Ｌ の経過後に前記点火コイルの起動制御を中断する充電時間送出モードにおいて、充電開始角度と充電時間を点火コイル装置に送出するか、又は、
   クランク軸センサ信号に基づき充電開始角度Ｗ _ＬＢ に達したことが検出された場合に、点火コイルの出力段の起動制御によって点火コイルを起動制御し、クランク軸センサ信号の検出によって点火角度Ｗ _Ｚ に達したことが検出された場合に当該点火角度Ｗ _Ｚ の到達に基づいて前記点火コイルの起動制御を中断する点火角度送出モードにおいて、充電開始角度と点火角度を点火コイル装置に送出するステップと、
   充電時間送出モードにおける点火角度のエラーおよび/または点火角度送出モードにおける充電時間のエラーを、回転数検出時点後に生じ得る回転数変化に基づいて評価するステップと、
   前記評価されたエラーに基づいて点火セグメント毎に点火制御モードを、前記点火角度送出モードか又は充電時間送出モードから確定するステップとを有していることを特徴とする点火制御方法。
6. 前記エラーを、平均回転数変化に基づいて評価し、それを有利にはドエル期間を用いて重み付けする、請求項５記載の方法。
7. 充電開始時間を、目下の角速度から評価する、請求項５または６記載の方法。
8. 回転数の所定の時間的な延び、例えば一定の加速度を評価に取り入れる、請求項５から７いずれか１項記載の方法。

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