JP6392535B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
従来より、内燃機関の運転状態に応じて混合気をリーン燃焼する運転モードと、ストイキ等で燃焼する運転モードとを切り替える内燃機関の制御装置が知られている。
特許文献1に記載の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼サイクル毎のばらつきにより燃焼室に形成されるタンブル流が弱くなり、これに伴って放電アークの伸長量が短い燃焼サイクルが発生した場合、気筒に取り付けた磁場発生手段を駆動する。これにより、磁場発生手段が発生する磁界により放電アークを伸ばし、混合気の着火性を高めている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a control device for an internal combustion engine that switches between an operation mode in which an air-fuel mixture is lean burned and an operation mode in which combustion is performed by stoichiometry or the like in accordance with the operation state of the internal combustion engine.
In the control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, the tumble flow formed in the combustion chamber becomes weak due to variations in the combustion cycle of the internal combustion engine, and accordingly, a combustion cycle in which the discharge arc is short is generated. In this case, the magnetic field generating means attached to the cylinder is driven. Thus, the discharge arc is extended by the magnetic field generated by the magnetic field generating means, and the ignitability of the air-fuel mixture is enhanced.
しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関の制御装置は、磁場発生手段を駆動するときは燃焼室のタンブル流が弱いので、点火プラグの放電により生成された火炎核の移動量が小さいことが懸念される。これにより、空燃比がリーンの混合気全体に火炎伝播が正常に行われないと、失火によりトルク変動率が増大するおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼室の混合気に確実に着火することの可能な制御装置を提供することを目的とする。
However, the control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1 is concerned that the amount of movement of the flame kernel generated by the discharge of the spark plug is small because the tumble flow in the combustion chamber is weak when driving the magnetic field generating means. Is done. As a result, if flame propagation is not performed normally over the entire air-fuel ratio, the torque fluctuation rate may increase due to misfire.
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a control device that can reliably ignite an air-fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion engine.
本発明は、燃焼室に気流が形成される内燃機関を制御する制御装置において、制御装置は、伸長量算出手段と、要求量算出手段と、伸長量判定手段と、噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。
伸長量算出手段は、検出手段の検出値に基づき点火プラグの放電アークの伸長量を算出する。要求量算出手段は、内燃機関の運転状態に応じて要求される放電アークの伸長の要求量を算出する。伸長量判定手段は、伸長量算出手段により算出された放電アークの伸長量が、要求量算出手段により算出された要求量よりも小さいか否かを判定する。
噴射制御手段は、内燃機関の吸気行程で燃料噴射弁から燃料の一次噴射を行い、伸長量判定手段により放電アークの伸長量が要求量よりも小さいと判断されたときは点火プラグの放電の維持期間に圧縮行程で燃料噴射弁から燃料の二次噴射を行い、伸長量判定手段により放電アークの伸長量が要求量以上と判断されたときは二次噴射を行わない。
The present invention relates to a control device that controls an internal combustion engine in which an air flow is formed in a combustion chamber, and the control device includes an expansion amount calculation means, a required amount calculation means, an expansion amount determination means, and an injection control means. It is characterized by that.
The extension amount calculation means calculates the extension amount of the discharge arc of the spark plug based on the detection value of the detection means. The required amount calculation means calculates the required amount of discharge arc extension required according to the operating state of the internal combustion engine. The extension amount determination means determines whether or not the extension amount of the discharge arc calculated by the extension amount calculation means is smaller than the request amount calculated by the request amount calculation means.
The injection control means performs primary injection of fuel from the fuel injection valve during the intake stroke of the internal combustion engine, and maintains the discharge of the spark plug when the extension amount determining means determines that the extension amount of the discharge arc is smaller than the required amount. Secondary injection of fuel is performed from the fuel injection valve in the compression stroke during the period, and secondary injection is not performed when the extension amount determination means determines that the extension amount of the discharge arc is equal to or greater than the required amount.
内燃機関の燃焼サイクル毎のばらつきにより内燃機関の燃焼室に導入される気流が弱くなると、点火プラグの放電アークが気流によって伸ばされず、その伸長量が小さくなることがある。この放電アークの伸長量が内燃機関の運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいとき、制御装置は燃料噴射弁から燃料噴射を行い、点火プラグの電極近傍に燃料噴霧による可燃層を形成する。この制御装置が制御する内燃機関は、その可燃層に着火した火炎核が拡大及び移動することで、燃焼室の混合気を燃焼させることが可能である。したがって、気流の弱いサイクルが生じても失火が防がれるので、制御装置は、内燃機関のトルク変動率を安定させると共に、気流の弱いサイクルのみに圧縮行程噴射を実行するため、常時圧縮行程噴射を実行する制御と比較してNOx排出量を低減することができる。 If the airflow introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine becomes weak due to variations in the combustion cycle of the internal combustion engine, the discharge arc of the spark plug may not be extended by the airflow, and the extension amount may be reduced. When the extension amount of the discharge arc is smaller than the required amount required according to the operating state of the internal combustion engine, the control device injects fuel from the fuel injection valve, and forms a combustible layer by fuel spray near the electrode of the spark plug. To do. The internal combustion engine controlled by this control device can burn the air-fuel mixture in the combustion chamber by expanding and moving the flame kernels ignited in the combustible layer. Therefore, misfire can be prevented even if a cycle with weak airflow occurs, so that the control device stabilizes the torque fluctuation rate of the internal combustion engine and performs the compression stroke injection only in the cycle with weak airflow. The amount of NOx emission can be reduced as compared with the control that executes.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による内燃機関の制御装置は、車両等に搭載されるエンジンシステムの各部を制御する電子制御装置(ECU)である。以下の説明では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関」を「エンジン」という。
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention is an electronic control apparatus (ECU) that controls each part of an engine system mounted on a vehicle or the like. In the following description, the “internal combustion engine” described in the claims is referred to as an “engine”.
[エンジンシステムの構成]
まず、エンジンシステムの概略構成について図1を参照して説明する。
エンジンシステム10は火花点火式のエンジン13を備えている。エンジン13は、例えば4気筒等の多気筒エンジンであり、図1では1気筒の断面のみを図示している。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
[Engine system configuration]
First, a schematic configuration of the engine system will be described with reference to FIG.
The
エンジン13は、スロットル弁14を通じて吸気マニホールド15から供給される空気と燃料噴射弁16から噴射される燃料との混合気を燃焼室17内で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン18を往復運動させる。このピストン18の往復運動は、クランクシャフト19により回転運動に変換されて出力される。燃焼ガスは、排気マニホールド20等を通じて大気中に放出される。
The engine 13 burns an air-fuel mixture of air supplied from the
燃焼室17の入口であるシリンダヘッド21の吸気ポートには吸気弁22が設けられ、また燃焼室17の出口であるシリンダヘッド21の排気ポートには排気弁23が設けられている。吸気弁22とスロットル弁14との間に設けられた気流制御弁24は、吸気ポートから燃焼室17に導入される気流により燃焼室17内にタンブル流を形成可能である。本実施形態の気流制御弁24が、特許請求の範囲に記載の「気流形成手段」の一例に相当する。
なお、本実施形態の燃料噴射弁16は、エンジン13の燃焼室17に燃料を直接噴射する直噴型である。図1では、シリンダヘッドの吸気弁22の外側に燃料噴射弁16を設けているが、燃料噴射弁16はシリンダヘッドの吸気弁22と排気弁23との間に点火プラグ7と並べて設けてもよい。
An
The
燃焼室17の混合気の点火は、点火装置30によって点火プラグ7の電極間に火花放電を発生させることにより行われる。点火装置30は、制御装置32の指令に基づき点火回路ユニット31を動作させて点火コイル40から点火プラグ7に高電圧を印加することにより、燃焼室17で火花放電を発生させる。
点火プラグ7は、エンジン13の燃焼室17で所定のギャップを隔てて対向する一対の電極(図2参照)を有し、上記ギャップで絶縁破壊を生させる高電圧が一対の電極間に印加されると火花放電を発生する。以下の説明において、「高電圧」とは、点火プラグ7が一対の電極間に放電を発生し得る電圧をいう。
The air-fuel mixture in the
The
制御装置32は、CPU、ROM、RAM及び入出力ポート等からなるマイクロコンピュータによって構成されている。
制御装置32は、アクセルペダル11、燃圧センサ34、筒内圧センサ35、排気圧センサ36、水温センサ37、NOxセンサ38、吸気圧センサ39及びクランク角センサ12、吸気温センサ25等の各種センサから、破線矢印で示すように、検出信号が入力される。
制御装置32は、上述した各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁14、気流制御弁24、燃料噴射弁16、及び点火回路ユニット31等を駆動してエンジン13の運転を制御する。
The
The
The
[点火装置の構成]
次に、点火装置30の構成について図2を参照して説明する。
図2に示すように、点火装置30は、点火コイル40及び点火回路ユニット31などを含む。
点火コイル40は、一次コイル41、二次コイル42及び整流素子43を有し、公知の昇圧トランスを構成している。
一次コイル41は、一端が、一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ6の正極に接続され、他端が点火スイッチ45を介して接地されている。なお、以下、一次コイル41の反バッテリ側を「接地側」という。
二次コイル42は、一次コイル41と磁気回路を共有しており、一端が点火プラグ7の一対の電極を介して接地され、他端が接地されている。即ち、二次コイル42は、一端と他端とが閉回路を構成している。
[Configuration of ignition device]
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
The
One end of the primary coil 41 is connected to the positive electrode of the battery 6 as a “DC power supply” capable of supplying a constant DC voltage, and the other end is grounded via an
The
一次コイル41に流れる電流を一次電流I1といい、一次電流I1の通電に続く遮断によって発生し、二次コイル42に流れる電流を二次電流I2という。図中に矢印で示すように、一次電流I1は、一次コイル41から点火スイッチ45に向かう方向の電流を正とし、二次電流I2は、二次コイル42から点火プラグ7に向かう方向の電流を正とする。
点火コイル40は、一次コイル41を流れる電流の変化に応じた相互誘導作用により二次コイル42に高電圧を発生させ、この高電圧を点火プラグ7に印加する。
The current that flows through the primary coil 41 is referred to as a primary current I1, the current that is generated by the interruption following the energization of the primary current I1, and the current that flows through the
The
点火回路ユニット31は、点火スイッチ(イグナイタ)45、エネルギ投入部50及び二次電流検出回路48等を有している。
点火スイッチ45は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)で構成されており、コレクタが点火コイル40の一次コイル41の接地側に接続され、エミッタが接地され、ゲートが制御装置32に接続されている。コレクタは、整流素子46を介してエミッタに接続されている。
点火スイッチ45は、制御装置32からゲートに入力される点火信号IGTに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ45は、点火信号IGTの立ち上がり時にオンとなり、点火信号IGTの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル41に流れる一次電流I1は、点火信号IGTに従い、点火スイッチ45により通電及び遮断が切り替えられる。
The
The
The
「エネルギ投入手段」としてのエネルギ投入部50は、DCDCコンバータ51、コンデンサ56、放電スイッチ57、放電スイッチ用ドライバ回路58及び整流素子59を有している。
DCDCコンバータ51は、エネルギ蓄積コイル52、充電スイッチ53、充電スイッチ用ドライバ回路54、及び整流素子55から構成されている。DCDCコンバータ51は、バッテリ6の電圧を昇圧し、コンデンサ56に供給する。
The
The
エネルギ蓄積コイル52は、一端がバッテリ6に接続され、他端が充電スイッチ53を介して接地されている。充電スイッチ53は、例えばMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)で構成されており、ドレインがエネルギ蓄積コイル52に接続され、ソースが接地され、ゲートがドライバ回路54に接続されている。ドライバ回路54は、充電スイッチ53をオンオフ駆動可能である。
整流素子55は、ダイオードで構成されており、コンデンサ56からエネルギ蓄積コイル52及び充電スイッチ53側への電流の逆流を防止する。
The
The rectifying
充電スイッチ53がオンしたとき、エネルギ蓄積コイル52に誘起電流が流れ、電気エネルギが蓄積される。また、充電スイッチ53がオフしたとき、エネルギ蓄積コイル52に蓄積された電気エネルギがバッテリ6の直流電圧に重畳してコンデンサ56側へ放出される。充電スイッチ53がオンオフ動作を繰り返すことで、エネルギ蓄積コイル52にてエネルギの蓄積と放出が繰り返され、バッテリ電圧が昇圧される。
コンデンサ56は、一方の電極が整流素子55を介してエネルギ蓄積コイル52と充電スイッチ53との間の配線に接続され、他方の電極が接地されている。コンデンサ56は、DCDCコンバータ51によって昇圧された電圧を蓄電する。
When the charging
One electrode of the
放電スイッチ57は、例えばMOSFETで構成されており、ドレインがコンデンサ56に接続され、ソースが一次コイル41の接地側に接続され、ゲートがドライバ回路58に接続されている。ドライバ回路58は、放電スイッチ57をオンオフ駆動可能である。
整流素子59は、ダイオードで構成されており、一次コイル41からコンデンサ56への電流の逆流を防止している。
The
The rectifying
二次電流検出回路48は、二次電流検出部47により二次コイル42に流れる二次電流I2を検出する。そして、この二次電流検出回路48は、二次電流I2を目標値(以下「維持目標電流値I2*」という。)に一致させるようとするフィードバック制御により、放電スイッチ57のオンデューティ比を決定し、ドライバ回路58に指令する。
二次電流検出部47、二次電圧検出部471、一次電流検出部44及び一次電圧検出部441の信号は制御装置32に入力される。本実施形態の二次電流検出部47、二次電圧検出部471、一次電流検出部44及び一次電圧検出部441は、特許請求の範囲に記載の「検出手段」の一例に相当する。
The secondary
Signals from the secondary
制御装置32は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流に維持目標電流値I2*を設定する。制御装置32は、維持目標電流値I2*を指示するための目標二次電流信号IGAを生成し、二次電流検出回路48を介してドライバ回路58に出力する。
また、制御装置32は、各種センサから取得したエンジン13の運転情報に基づいて、点火信号IGT及びエネルギ投入期間信号IGWを生成し、点火回路ユニット31に出力する。
The
Further, the
点火信号IGTは、点火スイッチ45のゲートと、充電スイッチ用ドライバ回路54に入力される。点火スイッチ45は、点火信号IGTが入力されている期間、オンとなる。ドライバ回路54は、点火信号IGTが入力されている期間、充電スイッチ53のゲートに対し、充電スイッチ53をオンオフ制御する充電スイッチ信号SWcを繰り返し出力する。本実施形態では、充電スイッチ信号SWcは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
The ignition signal IGT is input to the gate of the
エネルギ投入期間信号IGWは、放電スイッチ用ドライバ回路58に入力される。ドライバ回路58は、エネルギ投入期間信号IGWが入力されている期間、放電スイッチ57のゲートに対し、放電スイッチ57をオンオフ制御する放電スイッチ信号SWdを繰り返し出力する。ドライバ回路58は、二次電流検出回路48から入力される目標二次電流信号IGAに基づき、放電スイッチ信号SWdのオンデューティ比を変更する。本実施形態では、放電スイッチ信号SWdは、周期が一定でオンデューティ比が可変である矩形波パルス信号である。
The energy input period signal IGW is input to the discharge
[点火装置の作動]
次に、点火装置30の作動について図3のタイムチャートを参照して説明する。図3のタイムチャートは、共通の時間軸を横軸とし、縦軸に上から順に、点火信号IGT、エネルギ投入期間信号IGW、コンデンサ電圧Vdc、一次電流I1、二次電流I2、投入エネルギP、充電スイッチ信号SWc、放電スイッチ信号SWdの時間変化を示している。
ここで、「コンデンサ電圧Vdc」はコンデンサ56に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギP」は、コンデンサ56から放出され、一次コイル41の低電圧側端子側から点火コイル40に供給されるエネルギを意味し、1回の点火タイミング中における供給開始(最初の放電スイッチ信号SWdの立ち上がり)からの積算値を示す。
[Ignition device operation]
Next, the operation of the
Here, “capacitor voltage Vdc” means the voltage stored in the
図3の記載において、「一次電流I1」及び「二次電流I2」は、図2に示す矢印方向の電流を正の値とし、矢印と反対方向の電流を負の値とする。以下の説明において、負の電流の大小に言及する場合、「電流の絶対値」を基準として大小を表す。すなわち、負領域において、電流値が0[A]から離れ絶対値が大きくなるほど「電流が増加又は上昇する」といい、0[A]に近づき絶対値が小さくなるほど「電流が減少又は低下する」という。 In the description of FIG. 3, “primary current I1” and “secondary current I2” have a positive current in the direction of the arrow shown in FIG. 2 and a negative current in the direction opposite to the arrow. In the following description, when referring to the magnitude of the negative current, the magnitude is expressed based on the “absolute current value”. That is, in the negative region, the current value increases from 0 [A] and increases as the absolute value increases, and the current increases or increases. As the absolute value approaches 0 [A] and decreases, the current decreases or decreases. That's it.
また、エネルギ投入期間信号IGWが出力されている時刻t3−t4の期間における二次電流I2の制御目標値を、「維持目標電流値I2*」とする。維持目標電流値I2*は、エンジンの負荷及び回転数等から定められる運転領域に応じて放電を良好に維持可能な程度の電流値に設定される。本実施形態では、波形の最大値を目標値とするが、他の実施形態では、波形の最大値と最小値との中間値を目標値としてもよく、又は最小値を目標値としてもよい。 Further, the control target value of the secondary current I2 in the period from the time t3 to t4 when the energy input period signal IGW is output is defined as “maintenance target current value I2 * ”. The maintenance target current value I2 * is set to a current value at which the discharge can be satisfactorily maintained according to the operation region determined from the engine load and the rotational speed. In this embodiment, the maximum value of the waveform is set as the target value, but in other embodiments, an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the waveform may be set as the target value, or the minimum value may be set as the target value.
時刻t1にて点火信号IGTがH(ハイ)レベルに立ち上がると、点火スイッチ45がオンされる。このとき、エネルギ投入期間信号IGWはL(ロー)レベルであるので放電スイッチ57はオフされている。これにより、一次コイル41に一次電流I1が通電される。
When the ignition signal IGT rises to the H (high) level at time t1, the
また、点火信号IGTがHレベルに立ち上がっている間、矩形波パルス状の充電スイッチ信号SWcが、充電スイッチ53のゲートに入力される。これにより、充電スイッチ53のオン後のオフ期間に、コンデンサ電圧Vdcがステップ状に上昇する。
このようにして、点火信号IGTがHレベルに立ち上がっている時刻t1−t2間に、点火コイル40が充電されるとともに、DCDCコンバータ51の出力によってコンデンサ56にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻t2までに終了する。
なお、コンデンサ電圧Vdc、すなわちコンデンサ56のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号SWcのオンデューティ比、及びオンオフ回数によって制御可能である。
Further, while the ignition signal IGT rises to the H level, the rectangular wave pulse-shaped charging switch signal SWc is input to the gate of the charging
In this manner, the
The capacitor voltage Vdc, that is, the amount of energy stored in the
その後、時刻t2にて点火信号IGTがLレベルに立ち下げられ、点火スイッチ45がオフされると、それまで一次コイル41に通電していた一次電流I1が急激に遮断される。すると自己誘電作用により一次コイル41に電圧が発生し、これと同時に磁気回路及び磁束を共有している二次コイル42に相互誘導作用によって高電圧が発生し、点火プラグ7の電極間にて放電が発生する。放電が発生すると、二次電流I2が流れる。
時刻t2で放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流I2は、破線で示すように、時間経過とともに0[A]に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常点火」という。
Thereafter, when the ignition signal IGT falls to the L level at time t2 and the
When energy is not input after the discharge is generated at time t2, the secondary current I2 approaches 0 [A] with the passage of time as shown by the broken line, and the discharge ends when the discharge is attenuated to the extent that the discharge cannot be maintained. . Such an ignition system by discharge is called “normal ignition”.
それに対し本実施形態では、時刻t2の直後の時刻t3にエネルギ投入期間信号IGWがHレベルに立ち上がることで、充電スイッチ53がオフの状態で放電スイッチ57がオンされる。これにより、コンデンサ56に蓄積されたエネルギが放出され、一次コイル41の接地側に投入される。これにより、放電中に、「投入エネルギPに起因する一次電流I1」が通電する。なお、投入エネルギPは、時刻t2までに蓄積されたコンデンサ電圧Vdcが高いほど大きいものとなる。
On the other hand, in the present embodiment, the energy input period signal IGW rises to H level at time t3 immediately after time t2, so that the
このとき、二次コイル42には、時刻t2−t3間に通電されていた二次電流I2に対し、投入エネルギPに起因する一次電流I1の通電に伴う追加分の二次電流I2が同じ極性で重畳される。この二次電流I2の重畳は、時刻t3−t4の間、放電スイッチ57がオンされる毎に行われる。
すなわち、放電スイッチ信号SWdがオンになる毎に、コンデンサ56に蓄積されたエネルギにより一次電流I1が順次追加され、これに対応して、二次電流I2が順次追加される。これにより、二次電流I2は、維持目標電流値I2*に一致するように維持される。
時刻t4でエネルギ投入期間信号IGWがLレベルに立ち下がると、放電スイッチ信号SWdのオンオフ動作が停止し、一次電流I1、二次電流I2ともにゼロとなる。
At this time, the
That is, every time the discharge switch signal SWd is turned on, the primary current I1 is sequentially added by the energy accumulated in the
When the energy input period signal IGW falls to L level at time t4, the on / off operation of the discharge switch signal SWd stops, and both the primary current I1 and the secondary current I2 become zero.
このように、時刻t2における放電の後、「一次コイル41の接地側」から点火コイル40にエネルギを投入する制御方式を、本明細書において「エネルギ投入制御」という。
一方、周知の多重放電方式のように、一次コイル41のバッテリ6側にエネルギを投入する方式、或いは二次コイル42の点火プラグ7と反対側から点火コイル40にエネルギを投入する方式を包括して「従来の多重放電方式」という。上述した「エネルギ投入制御」は、「従来の多重放電方式」に比べ、低電圧側からエネルギを投入することにより、放電が継続可能な最低限のエネルギを効率良く投入しつつ、放電アークが維持される状態を一定期間持続させることができる。
As described above, a control method in which energy is input from the “grounding side of the primary coil 41” to the
On the other hand, a method of supplying energy to the battery 6 side of the primary coil 41 or a method of supplying energy to the
[第1実施形態の特徴]
ところで、混合気をリーン燃焼する際、エンジンの燃焼サイクル毎のばらつきにより燃焼室17内で発生するタンブル流が弱くなることがある。この場合、点火プラグ7の放電アークが気流によって伸ばされず、その伸長量が小さくなる。この放電アークの伸長量がエンジンの運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいと、希薄混合気に対する着火性が悪化し、失火によりトルク変動率が増大するおそれがある。
[Features of First Embodiment]
By the way, when the air-fuel mixture is burned lean, the tumble flow generated in the
図4は、エンジンを同一条件で運転し、数百回の燃焼サイクルにおいて、放電アークの伸長量と混合気の着火時期との関係をプロットした実験結果を示したものである。図4の破線Sに示すように、放電アークの伸長量が小さい程、着火時期が遅くなっていることが読み取れる。着火時期が遅いとは、即ち混合気が燃焼しにくい状態にあることを示している。 FIG. 4 shows the experimental results in which the relationship between the extension amount of the discharge arc and the ignition timing of the air-fuel mixture is plotted in several hundred combustion cycles when the engine is operated under the same conditions. As shown by the broken line S in FIG. 4, it can be seen that the ignition timing is delayed as the extension amount of the discharge arc is smaller. That the ignition timing is late indicates that the air-fuel mixture is not easily combusted.
そこで、本実施形態のエンジン13の制御装置32は、点火プラグ7の放電アークの伸長量がエンジンの運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいことを検出すると、点火プラグ7の放電の維持期間に燃料噴射弁16から燃料噴射を行うことを特徴とする。これにより、点火プラグ7の電極近傍に燃料噴霧による可燃層が形成され、その可燃層に着火した火炎核が拡大及び移動することで、燃焼室17の混合気を燃焼させることが可能である。したがって、気流の弱いサイクルが生じても失火が防がれるので、エンジンのトルク変動率を安定させることができる。
Therefore, when the
以下、本実施形態の制御装置32がエンジンシステム10に対して行う処理について、図5のフローチャートを参照して説明する。なお、図5では、ステップを「S」と表示している。
また、以下の説明において、制御装置32は、伸長量算出手段81、要求量算出手段82、伸長量判定手段83、噴射制御手段84、エネルギ投入期間設定手段85、回転数検出手段86、到達判断手段87、放電時期設定手段88として機能する(図1参照)。
Hereinafter, the process which the
In the following description, the
制御装置32は、この処理をエンジン13の運転の開始と共に実行する。
ステップ101で処理が開始されると、ステップ102で制御装置32は、アクセルペダル11の踏み込み量及びクランク角センサ12からの出力を読み込む。
続いてステップ103で制御装置32は、上記アクセルペダル11の踏み込み量及びクランク角センサ12の出力等に基づき、エンジン13の負荷KL及び回転数NEを算出する。なお、制御装置32がエンジン13の回転数NEを算出するとき、制御装置32は回転数検出手段86として機能する。
The
When the process is started in step 101, the
Subsequently, in step 103, the
次にステップ104で制御装置32は、予め記憶された図6に示すマップを参照し、上記の負荷、即ちトルクと及び回転数からエンジン13の運転領域を設定する。
続いてステップ105では、ステップ104で設定した運転領域がリーン燃焼領域であるか否かを判定する。運転領域がリーン燃焼領域である場合(ステップ105:YES)、処理はステップ106に移行する。一方、運転領域が通常燃焼領域である場合(ステップ105:NO)、処理は上述のステップ101からステップ105を繰り返し実行する。
Next, in step 104, the
Subsequently, in step 105, it is determined whether or not the operation region set in step 104 is a lean combustion region. If the operation region is a lean combustion region (step 105: YES), the process proceeds to step 106. On the other hand, when the operation region is the normal combustion region (step 105: NO), the process repeatedly executes step 101 to step 105 described above.
続いてステップ106で制御装置32は噴射制御手段84として機能し、予め記憶されたマップ(不図示)を参照し、リーン燃焼用の噴射制御を行う。即ち、制御装置32は、エンジンの吸気行程で、噴射量をリーン燃焼用に減少した燃料噴射を実行する。
また、制御装置32は、予め記憶されたマップ(不図示)を参照し、リーン燃焼用の点火制御を行う。即ち、制御装置32は、各種センサから取得したエンジンの運転情報に基づいて、維持目標電流値I2*を指示するための目標二次電流信号IGAを生成し、点火回路ユニット31に出力する。
Subsequently, at
In addition, the
ステップ107で制御装置32は要求量算出手段82として機能し、エンジンの運転状態に応じて要求される放電アークの伸長の要求量を燃焼サイクル毎に算出する。このとき、制御装置32は、吸気圧センサ39から入力される吸気圧、吸気温センサ25から入力される吸気温、水温センサ37から入力される冷却水の水温、及び図6のマップを参照した設定空燃比に基づき、希薄混合気に着火、燃焼可能な放電アークの伸長の要求量を算出する。
In step 107, the
また、制御装置32はエネルギ投入期間設定手段85として機能し、エネルギ投入期間信号IGWを生成し、点火回路ユニット31に出力する。このとき、制御装置32は、放電アークの伸長の要求量が大きい程エネルギ投入期間を長く設定し、放電アークの伸長の要求量が小さい程エネルギ投入期間を短く設定する。これは、燃焼室17のタンブル流の強さが設定された所定の強さであると仮定した場合、点火プラグ7の放電が維持される期間が長い程、時間と共に放電アークが気流によって伸ばされるからである。
ステップ108で制御装置32は、点火信号IGT、目標二次電流信号IGA、エネルギ投入期間信号IGWに基づき、点火プラグ7により点火放電を行う。
Further, the
In step 108, the
ステップ109で制御装置32は伸長量算出手段81として機能し、一次電流検出部44、一次電圧検出部441二次電流検出部47及び二次電圧検出部471の信号に基づき、点火プラグ7から点火放電された放電アークの伸長量を算出する。
図7に示すように、二次電圧は、燃焼サイクル毎にばらつきが生じる。一点鎖線A及び実線Bに示す二次電圧は、クランク角の移行と共に変化率が大きいものとなっている。一方、破線Cに示す二次電圧はクランク角の移行と共に変化率が小さいものとなっている。点火プラグ7の電極に流れる二次電流を一定とした場合、点火プラグ7の放電アークの伸長量が大きくなる程、放電アークの電路の抵抗が大きくなるので、二次電圧が絶対値として大きくなる。したがって、一点鎖線Aと実線Bに示す燃焼サイクルの放電アークの伸長量が比較的大きく、破線Cに示す燃焼サイクルの放電アークの伸長量が比較的小さいことが読み取れる。
このことから、制御装置32は、所定時間における二次電圧の変化率(微分値)を検出することにより、放電アークの伸長量を短時間で検出可能である。なお、制御装置32は、所定の閾値と二次電圧とを比較することにより、放電アークの伸長量を検出してもよい。
二次電圧は、二次電流検出部47の信号のみから検出することが可能である。また、二次電圧は、二次電流検出部47、一次電流検出部44及び一次電圧検出部441の信号に基づいて算出することも可能である。
In step 109, the
As shown in FIG. 7, the secondary voltage varies for each combustion cycle. The secondary voltage indicated by the alternate long and short dash line A and the solid line B has a large rate of change with the transition of the crank angle. On the other hand, the secondary voltage indicated by the broken line C has a small change rate as the crank angle shifts. When the secondary current flowing through the electrode of the
From this, the
The secondary voltage can be detected only from the signal from the secondary
ステップ110で制御装置32は伸長量判定手段83として機能し、ステップ109で検出された点火放電による放電アークの伸長量が、ステップ107で算出された放電アークの伸長の要求量よりも小さいか否かを判定する。
混合気をリーン燃焼する際、エンジンの燃焼サイクル毎のばらつきにより燃焼室17内で発生するタンブル流が弱くなると、点火プラグ7の放電アークが気流によって伸ばされず、その伸長量が小さくなる。図4で示したように、放電アークの伸長量が小さい程、着火時期が遅くなり、燃焼しにくい状態となる。
そこで、点火放電による放電アークの伸長量が、その要求量よりも小さい場合(ステップ110:YES)、処理はステップ111へ移行する。
In step 110, the
When the air-fuel mixture is burned leanly, if the tumble flow generated in the
Therefore, when the extension amount of the discharge arc due to the ignition discharge is smaller than the required amount (step 110: YES), the process proceeds to step 111.
ステップ111で制御装置32は噴射制御手段84として機能し、点火プラグ7の放電の維持期間に燃料噴射弁16から燃料噴射を行う。これにより、点火プラグ7の電極近傍に燃料噴霧による可燃層が形成され、その可燃層に着火した火炎核が拡大及び移動することで、燃焼室17の混合気が燃焼する。したがって、気流の弱いサイクルであっても混合気の着火性を高めることができる。
一方、ステップ110で点火放電による放電アークの伸長量が、その要求量以上である場合(ステップ110:NO)、処理はステップ112へ移行し、次の燃焼サイクルで上述のステップ101からステップ112を繰り返し実行する。
In step 111, the
On the other hand, when the extension amount of the discharge arc due to the ignition discharge is greater than or equal to the required amount in step 110 (step 110: NO), the process proceeds to step 112, and the above steps 101 to 112 are performed in the next combustion cycle. Run repeatedly.
以上説明した本実施形態の制御装置32が行う処理を、図8のタイムチャートに示す。
図8(A)に示すように、制御装置32は時刻txで点火放電による放電アークの伸長量が、その要求量よりも小さいか否かを判定する。
図8(B)に示すように、制御装置32は、吸気行程で燃料噴射弁16から燃料の一次噴射を行った後、時刻txで点火放電による放電アークの伸長量がその要求量よりも小さいと判定された場合、直ちに、燃料噴射弁16から燃料の二次噴射を行う。
一方、図8(C)に示すように、制御装置32は、吸気行程で燃料噴射弁16から燃料の一次噴射を行った後、時刻txで点火放電による放電アークの伸長量がその要求量以上であると判定された場合、圧縮行程で燃料の二次噴射を行うことはない。
これにより、制御装置32は、気流の弱いサイクルが生じても失火を防ぐことができる。また、制御装置32は、気流が正常なサイクルでは圧縮行程で二次噴射を行わないので、NOxの排出量を低減することができる。
The processing performed by the
As shown in FIG. 8A, the
As shown in FIG. 8B, the
On the other hand, as shown in FIG. 8C, the
Thereby, the
[第1実施形態の作用効果]
第1実施形態のエンジンの制御装置32は、次の作用効果を奏する。
(1)第1実施形態では、制御装置32は、点火プラグ7の放電アークの伸長量がエンジンの運転状態に応じて要求される要求量よりも小さいとき、点火プラグ7の放電の維持期間に燃料噴射弁16から燃料噴射を行う。
これにより、制御装置32は点火プラグ7の電極近傍に燃料噴霧による可燃層を形成し、燃焼室17の混合気を燃焼させることが可能である。そのため、気流の弱いサイクルが生じても失火が防がれるので、この制御装置32は、エンジンのトルク変動率を安定させると共に、NOx排出量を低減することができる。
[Effects of First Embodiment]
The
(1) In the first embodiment, when the extension amount of the discharge arc of the
Thus, the
(2)第1実施形態では、制御装置32は噴射制御手段84として機能し、放電アークの伸長量が要求量よりも小さいと判断されたときは圧縮行程で燃料噴射弁16から燃料の二次噴射を行う。一方、制御装置32は、放電アークの伸長量が要求量以上と判断されたときは二次噴射を行わない。
これにより、制御装置32は、気流が正常なサイクルでは二次噴射を行わないので、NOxの排出量を低減することができる。
(2) In the first embodiment, the
Thereby, since the
(3)第1実施形態では、制御装置32は伸長量算出手段81として機能し、二次電圧の所定時間における変化率に基づき、点火プラグ7の放電アークの伸長量を検出する。
これにより、制御装置32は、放電アークの伸長量を短時間で検出することができる。
(3) In the first embodiment, the
Thereby, the
(4)第1実施形態では、制御装置32は要求量算出手段82として機能し、吸気圧、吸気温、水温及び設定空燃比の少なくともいずれか一つに基づき、放電アークの伸長の要求量を算出する。
これにより、制御装置32は、希薄混合気に確実に着火することが可能である。
(4) In the first embodiment, the
Thereby, the
(5)第1実施形態では、制御装置32はエネルギ投入期間設定手段85として機能し、放電アークの要求量が大きい程、点火プラグ7の放電を維持する期間を長く設定する。一方、制御装置32は、放電アークの要求量が小さい程、点火プラグ7の放電を維持する期間を短く設定する。
これにより、制御装置32は、放電アークの伸長量を調節することが可能である。
(5) In the first embodiment, the
Thereby, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図9及び図10に示す。第2実施形態において上述した第1実施形態と実質的に同一の構成及び処理には同一の符号を付して説明を省略する。
上述した第1実施形態の処理では、例えばエンジンの回転数が高い場合、圧縮行程で燃料噴射弁16から噴射された燃料噴霧が放電の継続期間内に放電アークに到達しないことが考えられる。
そこで、第2実施形態のエンジン13の制御装置32は、圧縮行程で点火プラグ7による一次放電(プレ放電)と二次放電を行い、その一次放電の放電アークの伸長量により圧縮行程で燃料噴射を行うか否かを判定する。これにより、圧縮行程で燃料噴射弁16から噴射された燃料噴霧は、二次放電の継続期間内にその放電アークに確実に到達する。したがって、エンジンの回転数が高く、気流の弱いサイクルであっても失火が防がれるので、この制御装置32は、エンジンのトルク変動率を安定させると共に、NOx排出量を低減することができる。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the second embodiment, substantially the same configurations and processes as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In the process of the first embodiment described above, for example, when the engine speed is high, it is conceivable that the fuel spray injected from the
Therefore, the
以下、第2実施形態の制御装置32がエンジンシステム10に対して行う処理について、図9のフローチャートを参照して説明する。
ステップ101からステップ106は、上述した第1実施形態の処理と同一である。
ステップ106の後、ステップ120で制御装置32は到達判断手段87として機能し、エンジンの回転数が所定の回転数よりも高いか否かを判定する。この所定の回転数は、圧縮行程で燃料噴射弁16から噴射された燃料噴霧が放電の継続期間内に放電アークに到達可能な回転数として、予め実験又は学習により設定される。
エンジンの回転数が所定の回転数以下の場合、処理はステップ107に移行する。ステップ107からステップ112は、上述した第1実施形態の処理と同一である。
Hereinafter, the process which the
Step 101 to step 106 are the same as the processing of the first embodiment described above.
After
If the engine speed is equal to or lower than the predetermined engine speed, the process proceeds to step 107. Step 107 to step 112 are the same as the processing of the first embodiment described above.
一方、エンジンの回転数が所定の回転数よりも高い場合、処理はステップ121に移行する。
ステップ121では、要求量算出手段82として機能し、エンジンの運転状態に応じて要求される放電アークの伸長の要求量を燃焼サイクル毎に算出する。
続いてステップ122では、制御装置32は放電時期設定手段88として機能し、点火プラグ7の放電時期を設定する。この放電時期は、一次放電と二次放電とが圧縮行程中に設定される。一次放電は、混合気に着火することなく、且つ、点火プラグ7の放電アークの伸長量を検出可能な程度の放電継続期間に設定される。これに対し、二次放電は、混合気に着火可能な程度の放電継続期間に設定される。そして制御装置32は、まず点火プラグ7による一次放電を実行する。
On the other hand, if the engine speed is higher than the predetermined engine speed, the process proceeds to step 121.
In step 121, it functions as the required amount calculating means 82, and calculates the required amount of discharge arc extension required for each combustion cycle in accordance with the operating state of the engine.
Subsequently, at step 122, the
ステップ123では、制御装置32は伸長量算出手段81として機能し、点火プラグ7から一次放電された放電アークの伸長量を算出する。
次にステップ124で制御装置32は伸長量判定手段83として機能し、ステップ123で検出された放電アークの伸長量が、ステップ121で算出された放電アークの伸長の要求量よりも小さいか否かを判定する。
点火放電による放電アークの伸長量が、その要求量よりも小さい場合(ステップ124:YES)、処理はステップ125へ移行する。
ステップ125で制御装置32は噴射制御手段84として機能し、燃料噴射弁16から燃料噴射を行う。
次にステップ124で制御装置32は放電時期設定手段88として機能し、点火プラグ7による二次放電を実行する。この二次放電は、ステップ125で燃料噴射が行われた直後又は燃料噴射と同時に実行される。これにより、二次放電を行う際、点火プラグ7の電極近傍に燃料噴霧による可燃層が形成される。したがって、気流の弱いサイクルであっても混合気の着火性を高めることができる。
一方、ステップ124で点火放電による放電アークの伸長量が、その要求量以上である場合(ステップ124:NO)、処理はステップ126へ移行し、圧縮工程噴射を行うことなく、二次放電を実行する。
In step 123, the
Next, at step 124, the
When the extension amount of the discharge arc due to the ignition discharge is smaller than the required amount (step 124: YES), the process proceeds to step 125.
In step 125, the
Next, at step 124, the
On the other hand, when the extension amount of the discharge arc due to the ignition discharge is greater than or equal to the required amount in step 124 (step 124: NO), the process proceeds to step 126, and the secondary discharge is performed without performing the compression process injection. To do.
以上説明した第2実施形態の制御装置32が行う処理を、図10のタイムチャートに示す。
図10(A)に示すように、制御装置32は時刻taで一次放電を行い、時刻tbで二次放電を行う。
また、制御装置32は、時刻txで一次放電による放電アークの伸長量が、その要求量よりも小さいか否かを判定する。なお、一次放電による放電アークの伸長量と二次放電による放電アークの伸長量との相関関係を密にするため、時刻taと時刻tbとの間隔は短いことが好ましい。
The processing performed by the
As shown in FIG. 10A, the
Further, the
図10(B)に示すように、制御装置32は、吸気行程で燃料噴射弁16から燃料の一次噴射を行った後、時刻txで一次放電による放電アークの伸長量がその要求量よりも小さいと判定されると、時刻tb又はその近傍で燃料噴射弁16から燃料の二次噴射を行う。
一方、図10(C)に示すように、制御装置32は、吸気行程で燃料噴射弁16から燃料の一次噴射を行った後、時刻txで点火放電による放電アークの伸長量がその要求量以上であると判定されると、圧縮行程で燃料の二次噴射を行うことはない。
これにより、制御装置32は、エンジンの回転数が高く、気流の弱いサイクルであっても失火を防ぐことができる。また、制御装置32は、気流が正常なサイクルでは圧縮行程で二次噴射を行わないので、NOxの排出量を低減することができる。
As shown in FIG. 10B, the
On the other hand, as shown in FIG. 10C, the
Thereby, the
[第2実施形態の作用効果]
第2実施形態のエンジンの制御装置32は、次の作用効果を奏する。
(1)第2実施形態では、制御装置32は放電時期設定手段88として機能し、エンジンの圧縮行程で一次放電及び二次放電を行う。そして制御装置32は、一次放電を行った際の二次電圧の所定時間における変化率に基づき、放電アークの伸長量を検出する。
これにより、制御装置32は、圧縮行程で燃料の二次噴射を行うか否かを二次放電を行う前に判定することが可能である。そのため、エンジンが回転数が高くなった場合でも、制御装置32は、燃料噴射弁16から噴射された噴霧を、点火プラグ7による二次放電の維持期間の終了前に、その放電アークに到達させることができる。
[Effects of Second Embodiment]
The
(1) In the second embodiment, the
Thereby, the
(2)第2実施形態では、一次放電は、混合気に着火することなく、且つ、点火プラグ7の放電アークの伸長量を検出可能な程度の放電継続期間に設定される。これに対し、二次放電は、混合気に着火可能な程度の放電継続期間に設定される。
これにより、放電時期設定手段88は、一次放電により混合気に着火することなく、二次放電により混合気に着火することで、混合気の燃焼時期を正確に制御することができる。
(2) In the second embodiment, the primary discharge is set to a discharge duration period that does not ignite the air-fuel mixture and can detect the extension amount of the discharge arc of the
Thereby, the discharge timing setting means 88 can accurately control the combustion timing of the air-fuel mixture by igniting the air-fuel mixture by secondary discharge without igniting the air-fuel mixture by primary discharge.
(3)第2実施形態では、制御装置32は、エンジンの回転数に基づき、点火プラグ7が通常行う放電の維持期間の終了前に点火プラグ7の放電アークに燃料噴霧が到達しないことを判断したときのみ、点火プラグ7により一次放電を行う。
これにより、エンジンの回転数に応じて必要なときにのみ一次放電を行うので、点火プラグ7の放電に消費されるエネルギを低減することができる。
(3) In the second embodiment, the
As a result, the primary discharge is performed only when necessary according to the engine speed, so that the energy consumed for the discharge of the
(その他の実施形態)
(ア)上記実施形態では、エネルギ投入部50によるエネルギ投入制御により、二次電流I2を維持目標電流値I2*に維持するようにした。これに対し、他の実施形態では、従来の多重放電方式や特開2012−167665号公報に開示された「DCO方式」等により二次電流I2を維持目標電流値I2*に維持してもよい。
(Other embodiments)
(A) In the above embodiment, the secondary current I2 is maintained at the maintenance target current value I2 * by the energy input control by the
(イ)上記実施形態では、エネルギ投入部50によるエネルギ投入制御は、図3に示したように、点火信号IGTのHレベル中に充電スイッチ信号SWcをオンオフしてコンデンサ電圧Vdcを蓄積した後、エネルギ投入期間に一次コイル41の接地側にエネルギを投入した。これに対し、他の実施形態では、例えば、エネルギ投入期間に充電スイッチ信号SWcと放電スイッチ信号SWdとを交互にオンオフ制御することにより、充電スイッチ信号SWcがオンのときにエネルギ蓄積コイル52が蓄積したエネルギを、その都度一次コイル41の接地側に投入するようにしてもよい。その場合、コンデンサ56を備えなくてもよい。
(A) In the above embodiment, the energy input control by the
(ウ)上記実施形態では、二次電流検出回路48は、二次電流検出部47により検出した二次電流I2を維持目標電流値I2*に一致させるようとするフィードバック制御を行った。これに対し、他の実施形態では、例えば、二次電流検出回路48を備えることなく、二次電流I2をフィードフォワード制御してもよい。
(C) In the above embodiment, the secondary
(エ)他の実施形態では、点火回路ユニット31は、ECUを収容するケースに収容するか、あるいは点火コイルを収容するケースに収容してもよい。
(オ)他の実施形態では、点火スイッチ45及びエネルギ投入部50は、別々のケースに収容してもよい。例えば、点火コイルを収容するケースに点火スイッチを収容し、また、ECUを収容するケースにエネルギ投入部を収容してもよい。
(D) In other embodiments, the
(E) In other embodiments, the
(カ)点火スイッチは、IGBTに限らず、比較的耐圧の高い他のスイッチング素子で構成してもよい。また、充電スイッチ53及び放電スイッチ57は、MOSFETに限らず、他のスイッチング素子で構成してもよい。
(キ)直流電源は、バッテリ6に限らず、例えば交流電源をスイッチングレギュレータ等によって安定化した直流安定化電源等で構成してもよい。
(F) The ignition switch is not limited to the IGBT, and may be composed of another switching element having a relatively high breakdown voltage. Further, the
(G) The DC power supply is not limited to the battery 6 and may be constituted by a DC stabilized power supply or the like in which the AC power supply is stabilized by a switching regulator or the like.
(ク)上記実施形態では、エネルギ投入部50は、DCDCコンバータ51によって、バッテリ6の電圧を昇圧した。これに対し、他の実施形態では、点火装置30がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、主機バッテリの出力電圧をそのまま、或いは降圧して、投入エネルギとして用いてもよい。
(H) In the above embodiment, the
(ケ)上記実施形態では、燃焼室17内にタンブル流を形成可能なエンジンについて説明した。これに対し、他の実施形態では、エンジンは、燃焼室にスワール流等の気流を形成するものであってもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
(K) In the above embodiment, the engine capable of forming a tumble flow in the
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms within the scope of the invention in addition to combining the above-described plurality of embodiments.
7 ・・・点火プラグ
10 ・・・エンジンシステム
16 ・・・燃料噴射弁
24 ・・・気流制御弁(気流形成手段)
32 ・・・制御装置
44 ・・・一次電流検出部(検出手段)
441・・・一次電圧検出部(検出手段)
47 ・・・二次電流検出部(検出手段)
471・・・二次電圧検出部(検出手段)
50 ・・・エネルギ投入部(エネルギ投入手段)
7 ...
32...
441 ... Primary voltage detector (detector)
47 ... Secondary current detector (detector)
471 ... Secondary voltage detector (detector)
50 ... Energy input unit (energy input means)
Claims (7)
前記燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁(16)と、
前記燃焼室の混合気に火花放電する点火プラグ(7)と、
直流電源(6)から一次電流(I1)が供給される一次コイル(41)、及び前記点火プラグの電極に接続されて前記一次電流の通電及び遮断によって生じる二次電流(I2)が流れる二次コイル(42)を有する点火コイル(40)と、
前記一次コイルの反直流電源側の配線に接続され、前記一次電流の通電と遮断を切り替え可能な点火スイッチ(45)と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記点火プラグの放電の維持期間を調節可能なエネルギ投入手段(50)と、
前記一次電流、一次電圧、前記二次電流及び二次電圧の少なくともいずれか1つを検出する検出手段(44,441,47,471)と、を備えたエンジンシステム(10)を制御する制御装置(32)であって、
前記制御装置は、
前記検出手段の検出値に基づき前記点火プラグの放電アークの伸長量を算出する伸長量算出手段(81)と、
前記内燃機関の運転状態に応じて要求される放電アークの伸長の要求量を算出する要求量算出手段(82)と、
前記伸長量算出手段により算出された放電アークの伸長量が、前記要求量算出手段により算出された要求量よりも小さいか否かを判定する伸長量判定手段(83)と、
前記内燃機関の吸気行程で前記燃料噴射弁から燃料の一次噴射を行い、前記伸長量判定手段により放電アークの伸長量が要求量よりも小さいと判断されたときは前記点火プラグの放電の維持期間に圧縮行程で前記燃料噴射弁から燃料の二次噴射を行い、前記伸長量判定手段により放電アークの伸長量が要求量以上と判断されたときは二次噴射を行わない噴射制御手段(84)と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Airflow forming means (24) for forming an airflow in the combustion chamber (17) of the internal combustion engine (13);
A fuel injection valve (16) for directly injecting fuel into the combustion chamber;
A spark plug (7) for spark discharge to the air-fuel mixture in the combustion chamber;
A primary coil (41) to which a primary current (I1) is supplied from a DC power source (6), and a secondary current (I2) that is connected to the electrode of the spark plug and that is generated by energization and interruption of the primary current flows. An ignition coil (40) having a coil (42);
An ignition switch (45) connected to the anti-DC power supply side wiring of the primary coil and capable of switching between energization and interruption of the primary current;
Energy input means (50) capable of adjusting a discharge sustaining period of the spark plug according to an operating state of the internal combustion engine;
A control device for controlling an engine system (10), comprising detection means (44, 441, 47, 471) for detecting at least one of the primary current, primary voltage, secondary current and secondary voltage. (32)
The control device includes:
An extension amount calculation means (81) for calculating an extension amount of the discharge arc of the spark plug based on a detection value of the detection means;
Request amount calculating means (82) for calculating a required amount of discharge arc extension required in accordance with the operating state of the internal combustion engine;
An extension amount determining means (83) for determining whether or not the extension amount of the discharge arc calculated by the extension amount calculating means is smaller than the required amount calculated by the required amount calculating means;
During the intake stroke of the internal combustion engine, primary injection of fuel is performed from the fuel injection valve, and when the extension amount determining means determines that the extension amount of the discharge arc is smaller than the required amount, the discharge duration of the spark plug is maintained Injection control means (84) for performing secondary injection of fuel from the fuel injection valve in the compression stroke and not performing secondary injection when the extension amount determining means determines that the extension amount of the discharge arc is greater than or equal to the required amount When,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記放電時期設定手段は、前記内燃機関の圧縮行程で一次放電及びその一次放電の後に二次放電を行い、
前記伸長量算出手段は、前記一次放電を行った際の前記検出手段の検出値に基づき前記点火プラグの放電アークの伸長量を検出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The control device includes a discharge timing setting means (88) for setting a discharge timing of the spark plug,
The discharge timing setting means performs a primary discharge in the compression stroke of the internal combustion engine and a secondary discharge after the primary discharge,
2. The control of the internal combustion engine according to claim 1 , wherein the extension amount calculation unit detects an extension amount of a discharge arc of the spark plug based on a detection value of the detection unit when the primary discharge is performed. apparatus.
前記二次放電は、混合気に着火可能な程度の放電継続期間であることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 The primary discharge is a discharge duration period that does not ignite the air-fuel mixture, and that the extension amount calculation means can detect the extension amount of the discharge arc of the spark plug,
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the secondary discharge is a discharge continuation period such that the air-fuel mixture can be ignited.
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段(86)と、
放電アークの伸長量が要求量よりも小さいときに行う燃料噴射の噴霧が前記点火プラグの放電の維持期間の終了前に前記点火プラグの放電アークに到達可能であるか否かを、前記内燃機関の回転数に基づき算出する到達判断手段(87)と、を備え、
前記点火プラグの放電の維持期間の終了前に前記点火プラグの放電アークに燃料噴霧が到達しないことを前記到達判断手段が判断したときのみ、前記放電時期設定手段は一次放電及び二次放電を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の制御装置。 The control device includes:
A rotational speed detecting means (86) for detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
Whether or not the spray of fuel injection performed when the extension amount of the discharge arc is smaller than the required amount can reach the discharge arc of the spark plug before the end of the discharge plug discharge sustain period. An arrival determining means (87) for calculating based on the number of rotations of
The discharge timing setting means performs primary discharge and secondary discharge only when the arrival determination means determines that fuel spray does not reach the discharge arc of the spark plug before the end of the discharge period of the spark plug. The control device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3 ,
前記要求量算出手段により算出された要求量が小さい程、前記エネルギ投入手段が前記点火プラグの放電を維持する期間を短く設定するエネルギ投入期間設定手段(85)を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The larger the required amount calculated by the required amount calculating means, the longer the period during which the energy input means maintains the discharge of the spark plug,
The energy input period setting means (85) for setting a shorter period during which the energy input means maintains the discharge of the spark plug as the required amount calculated by the required amount calculation means is smaller. The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of 1 to 6 .
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