JP6489960B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置に関し、特に燃焼室に設けられた点火プラグによる点火の実行時期を制御する点火制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の回転に同期するクランク角信号（ＲＥＦ信号及びＰＯＳ信号）を用いて点火一次電流の出力時期（通電開始時期）及び通電角（通電時間）を制御する点火時期制御装置が示されている。この装置によれば、機関始動時を含む過渡状態では点火時期進角量の最大値を、非過渡状態に比べて増加させる制御が行われ、過渡状態においては一次電流の通電開始時期を非過渡状態より進角させることにより、点火実行時期までに十分な通電時間が確保される。

特許文献１には、通電開始時期から通電時間が経過した時期である点火実行時期の具体的な制御方法が開示されていないが、一般的には図４に示すように行われる。クランク角度で示される点火コイル（一次コイル）の通電開始時期ＣＩＧＳ及び通電終了時期ＣＩＧＥ（点火実行時期に相当する）を、所定演算時期ＣＣＡＬ（例えば圧縮行程終了上死点前１２０度）において機関運転状態に応じて算出する。このとき、通電開始基準時期ＣＩＧＲＳ（例えば圧縮行程終了上死点前９０度）から通電開始時期ＣＩＧＳまでの角度期間、及び通電終了基準時期ＣＩＧＲＥ（例えば圧縮行程終了上死点前３０度）から通電終了時期（点火実行時期）ＣＩＧＥまでの角度期間を、その時点における機関回転速度を用いてそれぞれ通電待機時間ＴＩＧＳ及び点火待機時間ＴＩＧＥに変換する。その後、通電開始基準時期ＣＩＧＲＳにおいて通電待機タイマＴＭＩＧＳを通電待機時間ＴＩＧＳにセットしてスタートさせるとともに、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥにおいて点火待機タイマＴＭＩＧＥを点火待機時間ＴＩＧＥにセットしてスタートさせる。

通電待機タイマＴＭＩＧＳの値が「０」となる時刻ｔＩＧＳ（ＣＩＧＳ）から一次コイルの通電を開始するとともに、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる時刻ｔＩＧＥ（ＣＩＧＥ）に一次コイルの通電を終了して、点火を実行する。

特許第３７９１３６４号公報

上述した点火実行時期制御方法によれば、演算タイミングＣＣＡＬ以後において機関回転速度が一定であれば、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる時刻ｔＩＧＥは、図４に示すように通電終了時期ＣＩＧＥと一致するが、例えば機関回転速度が急激に上昇した場合には、時刻ｔＩＧＥが通電終了時期ＣＩＧＥより遅れて、実際の点火実行時期が、所定演算時期ＣＣＡＬに算出された実行時期（＝通電終了時期ＣＩＧＥ）より遅角するという問題が発生する。

特許文献１に示された過渡状態における制御方法は、点火コイルの通電時間を十分に確保するために通電開始時期ＣＩＧＳを単純に進角させるものであり、上記問題を解決できるものではない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転速度が急激に上昇した場合における点火実行時期のずれを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より高めることができる点火制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内に設けられた点火プラグ（７）による点火実行時期を制御する、内燃機関の点火制御装置において、前記機関のクランク軸（８）の回転に同期して所定回転角度（６ｄｅｇ）間隔のクランク角パルス（ＣＲＫパルス）を生成するクランク角パルス生成手段（１０）と、前記点火プラグによる点火実行クランク角度（ＣＩＧＥ）と、該点火実行クランク角度（ＣＩＧＥ）を含む点火実行角度期間（ＣＲＫＣＮＴＩＧ）とを、第１演算時期（ＢＴＤＣ１２０ｄｅｇ）において前記機関の運転状態に応じて算出する点火実行クランク角度算出手段と、前記第１演算時期（ＢＴＤＣ１２０ｄｅｇ）と前記点火実行クランク角度（ＣＩＧＥ）との間に設定される第２演算時期（ＢＴＤＣ３０ｄｅｇ）から前記点火実行クランク角度（ＣＩＧＥ）までの時間を点火待機時間（ＴＩＧＥ）と定義した場合において、前記第２演算時期（ＢＴＤＣ３０ｄｅｇ）から前記点火実行クランク角度（ＣＩＧＥ）までの角度期間を、前記第１演算時期（ＢＴＤＣ１２０ｄｅｇ）における前記機関の回転速度（ＮＥ）を用いて時間に変換することにより、前記点火待機時間（ＴＩＧＥ）を算出する点火待機時間算出手段と、前記第２演算時期（ＢＴＤＣ３０ｄｅｇ）から前記点火待機時間（ＴＩＧＥ）が経過した時点（ｔＩＧＥ）で前記点火プラグによる点火を実行する点火実行制御手段とを備え、前記点火実行制御手段は、前記第２演算時期（ＢＴＤＣ３０ｄｅｇ）から前記点火待機時間（ＴＩＧＥ）が経過するまでの点火待機期間内において、前記クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度によって前記点火実行角度期間（ＣＲＫＣＮＴＩＧ）が終了したと判定され、かつその判定時点（ＣＤＥＴ，ｔＤＥＴ）後に前記点火待機期間内において次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点（ＣＩＧＥＭ，ｔＩＧＥＭ）で前記点火プラグによる点火を実行し、前記点火実行角度期間（ＣＲＫＣＮＴＩＧ）の長さは、前記所定回転角度（６ｄｅｇ）と等しいことを特徴とする。

この構成によれば、機関運転状態に応じて点火プラグによる点火実行クランク角度及び点火実行クランク角度を含む点火実行角度期間が、第１演算時期に算出され、第１演算時期と点火実行クランク角度との間に設定される第２演算時期から点火実行クランク角度までの角度期間が、第１演算時期における機関回転速度を用いて点火待機時間に変換され、第２演算時期から点火待機時間が経過した時点で点火プラグによる点火が実行される。機関のクランク軸の回転に同期して所定回転角度間隔のクランク角パルスが生成され、第２演算時期から点火待機時間が経過するまでの点火待機期間内において、クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度によって点火実行角度期間が終了したと判定され、かつその判定時点後に点火待機期間内において次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点で点火プラグによる点火が実行される。したがって、機関回転速度が急激に上昇した場合には、第２演算時期から点火待機時間が経過する前に、クランク角パルスの発生時点で点火プラグによる点火が実行される。その結果、実際の点火実行時期の遅れを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より改善することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置において、前記点火実行クランク角度算出手段、前記点火待機時間算出手段、及び前記点火実行制御手段による演算処理は、前記所定回転角度（６ｄｅｇ）より長い角度周期（３０ｄｅｇ）で実行されることを特徴とする。

この構成によれば、点火実行クランク角度及び点火待機時間の算出処理、及び点火実行制御処理は、所定回転角度より長い角度周期で実行されるので、所定回転角度毎に演算を実行する場合に比べて、演算装置の処理負荷を軽減することができる。

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構成を示す図である。 点火時期制御の具体的な方法を説明するためのタイムチャートである。 点火時期制御を実行する処理のフローチャートである。 従来の点火時期制御方法を説明するためのタイムチャートである。

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構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、例えば６気筒を有し、吸気通路２を備えている。吸気通路２にはスロットル弁３が設けられている。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気通路２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの制御信号により燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間（燃料噴射時期及び燃料噴射時間）が制御される。

エンジン１の各気筒の点火プラグ７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５からの点火信号により点火時期が制御される。点火プラグ７には、点火コイル（図示せず）が接続されており、点火コイルの一次側に一次電流を供給し、一次電流を遮断した時点で点火コイルの二次側に高電圧が発生して点火が行われる（点火プラグ７において放電が行われる）。

吸気管２のスロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ９が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸８の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸８の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の特定の行程（例えば吸気行程）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（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、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。

ＥＣＵ５は、クランク角度位置センサ１０、吸気圧センサ９及び図示しない各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号をデジタル信号に変換して、変換されたデジタル信号を出力する入力回路、各種演算処理を実行するＣＰＵ、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶するメモリ、ＣＰＵから出力される駆動制御信号を、燃料噴射弁６及び点火プラグ７に供給する出力回路を備えている。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、各種センサの検出信号に応じて燃料噴射時間及び燃料噴射時期を算出するとともに、点火時期（点火コイルの通電開始時期ＣＩＧＳ，通電終了時期ＣＩＧＥ）を算出する処理を実行し、算出された燃料噴射時期及び点火時期に応じて、燃料噴射弁６及び点火プラグ７を駆動する燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成して出力する。

図２は、点火時期制御の具体的な方法を説明するためのタイムチャートであり、図２（ａ）（ｂ）は、エンジン回転数ＮＥがほぼ一定である場合に対応し、図２（ｃ）（ｄ）は、通電終了時期（点火時期）ＣＩＧＥを算出した後にエンジン回転数ＮＥが急激に上昇した場合に対応する。これらの図において、「ＴＤＣ」は点火対象気筒の圧縮行程終了上死点に対応し、下向きの矢印はＣＲＫパルスの発生時期を示す。ＣＲＫパルスが発生する毎に増加する数字（９３〜１０７）は、ＣＲＫパルスの発生間隔期間（以下「ＣＲＫ角度期間」という）を特定するためのインデクスＣＲＫＣＮＴであり、０から１１９までの値をとり、図示する制御対象気筒（＃６気筒）の圧縮行程では、７５から１０４までの値をとるように定義されている。なお、通電待機タイマＴＭＩＧＳは図示を省略している。

図２（ａ）（ｂ）に示す方法は、図４を参照して説明した従来の方法と同一であり、所定演算時期ＣＣＡＬ（圧縮行程終了上死点前１２０度）においてエンジン１の運転状態に応じて、通電開始時期ＣＩＧＳ及び通電終了時期ＣＩＧＥが算出され、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥ（圧縮行程終了上死点前３０度）から通電終了時期ＣＩＧＥまでの角度期間がその時点におけるエンジン回転数ＮＥを用いて点火待機時間ＴＩＧＥに変換される。通電終了基準時期ＣＩＧＲＥにおいて点火待機タイマＴＭＩＧＥを点火待機時間ＴＩＧＥにセットしてスタートさせ、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる時刻ｔＩＧＥ（ＣＩＧＥと一致）において一次コイルの通電を終了することにより、点火が実行される。

図２（ｃ）（ｄ）に示すように、点火待機タイマＴＭＩＧＥのカウントダウン中にエンジン回転数ＮＥが急激に上昇した場合には、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる通電終了時刻ｔＩＧＥは、通電終了時期ＣＩＧＥより大きく遅れる。そこで、本実施形態では、通電終了時期ＣＩＧＥの直後におけるＣＲＫパルスの発生時期ＣＤＥＴ（発生時刻ｔＤＥＴ）において点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となっていないことが検出されたときは、次のＣＲＫパルスの発生時期ＣＩＧＥＭ（発生時刻ｔＩＧＥＭ）において、一次コイルの通電を終了して点火を実行する。

なお、図２（ｃ）（ｄ）に示す例とは異なり、インデクスＣＲＫＣＮＴが「１０４」であるＣＲＫ角度期間中に点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となったときは、その時点において点火を実行する。

これによって、エンジン回転数ＮＥが急激に上昇した場合において、点火実行時期ＣＩＧＥの遅れを抑制し、エンジン出力が低下することを防止できる。

図３は、上述した点火時期制御を実行する処理のフローチャートであり、この処理は、クランク角度３０度毎に実行される。
ステップＳ１１では、点火対象気筒の圧縮行程終了上死点前１２０度のタイミングであるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、通電開始時期ＣＩＧＳ、通電終了時期ＣＩＧＥ（点火実行時期）、通電待機時間ＴＩＧＳ、及び点火待機時間ＴＩＧＥを算出するとともに、通電終了時期ＣＩＧＥを含むＣＲＫ角度期間のインデクスＣＲＫＣＮＴを、点火実行インデクス値ＣＲＫＣＮＴＩＧとして算出する（ステップＳ１２）。なお、通電終了時期ＣＩＧＥが例えば図２（ｃ）に示す、インデクスＣＲＫＣＮＴが「１０３」であるＣＲＫ角度期間の終期（ＣＤＥＴ）と一致する場合は、点火実行インデクス値ＣＲＫＣＮＴＩＧは「１０３」と算出される。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、圧縮行程終了上死点前９０度のタイミング（通電開始基準時期ＣＩＧＲＳ）であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、通電待機タイマＴＭＩＧＳを通電待機時間ＴＩＧＳにセットしてスタートさせ（ステップＳ１４）、通電待機タイマＴＭＩＧＳの値が「０」となるまで待機する（ステップＳ１５）。通電待機タイマＴＭＩＧＳの値が「０」となると、点火コイルの通電を開始する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、圧縮行程終了上死点前３０度のタイミング（通電終了基準時期ＣＩＧＲＥ）であるか否かを判別する（ステップＳ１７）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、点火待機タイマＴＭＩＧＥを点火待機時間ＴＩＧＥにセットしてスタートさせる（ステップＳ１８）。ステップＳ１９では、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ２０に進み、点火実行インデクス値ＣＲＫＣＮＴＩＧ（図２に示す例では「１０３」）に対応するＣＲＫ角度期間が終了したか否かを判別する（点火実行インデクス値ＣＲＫＣＮＴＩＧに対応するＣＲＫ角度期間の終了時期を示すＣＲＫパルスが発生したか否かを判別する）。

ステップＳ２０の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に戻り、肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ２１に進んで次のＣＲＫパルスが発生したか否かを判別する（ステップＳ２１）。この答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１９に戻り、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となる前にステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）となると、その時点で点火を実行する（ステップＳ２２）。またステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）となる前に、点火待機タイマＴＭＩＧＥの値が「０」となったときは、ステップＳ１９からステップＳ２２に進み、点火を実行する。

以上のように本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて点火プラグ７による点火実行時期（通電終了時期ＣＩＧＥ）が算出され、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥから通電終了時期ＣＩＧＥまでの角度期間が、エンジン回転数ＮＥを用いて点火待機時間ＴＩＧＥに変換され、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥから点火待機時間ＴＩＧＥが経過した時点で点火プラグ７による点火が実行される。エンジン１のクランク軸の回転に同期して６度間隔のＣＲＫパルスが生成され、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥから点火待機時間ＴＩＧＥが経過するまでの期間内において（図３、ステップＳ１９の答が肯定となる前に）、ＣＲＫパルスに基づいて検出されるクランク角度が点火実行時期ＣＩＧＥと同一またはより遅角側と判定され（ステップＳ２０の答が肯定となり）、かつその判定時点後に次のＣＲＫパルスが生成された（ステップＳ２１の答が肯定となった）ときは、そのＣＲＫパルス生成時点で点火プラグ７による点火が実行される。したがって、エンジン回転数ＮＥが急激に上昇した場合には、通電終了基準時期ＣＩＧＲＥから点火待機時間ＴＩＧＥが経過する前に、ＣＲＫパルスの発生時点で点火プラグ７による点火が実行される。その結果、実際の点火実行時期の遅れを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より改善することができる。

また図３に示す点火時期制御処理は、ＣＲＫパルスの発生周期（６度）より長い３０度周期で実行される。ＣＲＫパルスの発生周期で点火時期制御処理を実行することにより、従来の制御手法をそのまま適用しても、エンジン回転数ＮＥが急上昇した場合における点火時期の制御精度を高めることが可能であるが、本実施形態では点火時期制御処理は３０度周期で実行され、ＣＲＫパルスの発生タイミングで割り込み処理（ステップＳ２０，Ｓ２１）を行うようにしたので、演算装置の処理負荷を軽減することができる。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１０がクランク角パルス生成手段に相当し、ＥＣＵ５が点火実行クランク角度算出手段、点火待機時間算出手段、及び点火実行制御手段を構成する。

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点火時期制御処理の実行周期をクランク角３０度として、ＣＲＫパルスの発生周期をクランク角６度としたが、点火時期制御処理の実行周期をクランク角１５度として、ＣＲＫパルスの発生周期をクランク角３度とするといった変形が可能である。

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（点火実行クランク角度算出手段、点火待機時間算出手段、点火実行制御手段）
７ 点火プラグ
８ クランク軸
９ クランク角度位置センサ（クランク角パルス生成手段）
ＣＩＧＥ 通電終了時期（点火実行時期）
ＮＥ エンジン回転数（機関回転速度）
ＴＩＧＥ 点火待機時間
ＴＭＩＧＥ 点火待機タイマ

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室内に設けられた点火プラグによる点火実行時期を制御する、内燃機関の点火制御装置において、
   前記機関のクランク軸の回転に同期して所定回転角度間隔のクランク角パルスを生成するクランク角パルス生成手段と、
   前記点火プラグによる点火実行クランク角度と、該点火実行クランク角度を含む点火実行角度期間とを、第１演算時期において前記機関の運転状態に応じて算出する点火実行クランク角度算出手段と、
   前記第１演算時期と前記点火実行クランク角度との間に設定される第２演算時期から前記点火実行クランク角度までの時間を点火待機時間と定義した場合において、前記第２演算時期から前記点火実行クランク角度までの角度期間を、前記第１演算時期における前記機関の回転速度を用いて時間に変換することにより、前記点火待機時間を算出する点火待機時間算出手段と、
   前記第２演算時期から前記点火待機時間が経過した時点で前記点火プラグによる点火を実行する点火実行制御手段とを備え、
   前記点火実行制御手段は、前記第２演算時期から前記点火待機時間が経過するまでの点火待機期間内において、前記クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度によって前記点火実行角度期間が終了したと判定され、かつその判定時点後に前記点火待機期間内において次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点で前記点火プラグによる点火を実行し、
   前記点火実行角度期間の長さは、前記所定回転角度と等しいことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 前記点火実行クランク角度算出手段、前記点火待機時間算出手段、及び前記点火実行制御手段による演算は、前記所定回転角度より長い角度周期の処理で実行されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置。

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