JP7256725B2 - 内燃機関制御装置及び点火装置 - Google Patents
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Description
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載される制御装置を、シリーズ式ハイブリッド自動車に適用した例を示す概略構成図である。
図2は、VCU1のハードウェア構成例を示すブロック図である。
ここで、本実施の形態に係る点火プラグについて説明する前に、従来の点火プラグの構成例及び動作例について、図3を参照して説明する。
図3は、従来の点火プラグ110及び点火装置120の設置例を示す図である。点火装置120は、点火プラグ110のすぐ近くに設置される。
次に、第1の実施の形態に係る点火プラグの構成例及び動作例について、図4を参照して説明する。なお、本実施の形態では、点火プラグ40に副室42を形成する副室形成部材45が取り付けられ、副室形成部材45と一体となった点火プラグ40がエンジン13に取り付けられる構成で説明する。但し、本発明はこの構成には限定されず、副室42を形成する副室形成部材45がエンジンに取り付けられ、この副室形成部材45に点火プラグ40が取り付けられる構成であっても良い。これらのいずれの場合であっても図4を用いて説明する。
図5の上側には、横軸を時間[秒]、縦軸を温度[℃]とした副室温度とエンジン冷却水温度の変化が2種類のグラフで表されている。始めは低温だった副室温度は、時間経過に伴い中温(200℃超~800℃)、高温(800℃超)へと変化する。
図6は、点火装置50の構成例を示す図である。
副燃焼室温度推定部(副室温度推定部21)は、点火装置(点火装置50)から取得する点火装置情報に基づいて副燃焼室(副室42)の温度を推定する。この副燃焼室温度推定部(副室温度推定部21)は、1次コイル(1次コイル52)にエネルギーをチャージするチャージ期間における1次電流の時間変化に基づいて副燃焼室(副室42)の温度を推定する。ここで、副燃焼室温度推定部(副室温度推定部21)は、点火制御信号がオン又はオフされたことで、1次電流検出部(1次電流検出部55)が検出する1次電流の変化に基づいて、副燃焼室(副室42)の温度を推定する。
図9は、低温領域、中温領域、高温領域における副室温度と、点火時期及び主燃焼時期との関係を示すグラフである。
図9の上側には、副室温度と、点火プラグ40の点火時期との関係を示すグラフが表される。このグラフは、横軸に副室温度、縦軸に点火時期で表される。
図11は、点火時期と副室平均温度との関係を示すグラフである。このグラフは、横軸に点火時期[deg.ATDC]、縦軸に副室平均温度[℃]で表される。圧縮行程のTDC(上死点)を0degとする。また、図中のλは、空気過剰率を表す。一般に、λ=1の混合気が理論混合気を表し、λ>1の混合気がリーン混合気を表し、λ<1の混合気がリッチ混合気を表す。
ここで、点火制御部22が点火装置50の点火部51の動作を制御して、副室温度が低温時又は高温時に点火時期を変える処理の例について、図12~図15を参照して説明する。
図12は、副室温度が低温時に、点火制御部22が点火時期を進角に変える制御の例を示すフローチャートである。
図13は、副室温度が低温時に、点火制御部22が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。このグラフは、横軸に時間(サイクル)、縦軸に副室冷機判定フラグ、1次電流特徴量、推定副室温度、点火時期で表される。
図14は、副室温度が高温時に、点火制御部22が点火時期を遅角に変える制御の例を示すフローチャートである。
図15は、副室温度が高温時に、点火制御部22が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。このグラフは、横軸に時間(サイクル)、縦軸に副室過熱判定フラグ、1次電流特徴量、推定副室温度、点火時期で表される。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図16と図17を参照して説明する。
図16は、点火装置50Aの構成例を示す説明図である。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図18を参照して説明する。
図18は、点火装置50Bの構成例を示す説明図である。点火装置50Bは、第1の実施の形態に係る点火装置50の構成をベースとするが、副室温度推定部81及び点火時期調整部82を備える点が異なる。ECU2から副室温度推定部21が除かれるので、点火装置50BからECU2に点火装置情報は出力されない。
点火時期調整部(点火時期調整部82)は、点火制御部(点火制御部22)から入力される点火制御信号に基づいて、推定された副燃焼室(副室42)の温度に応じて調整した点火時期で点火制御信号をイグナイタ(イグナイタ54)に出力する。例えば、点火時期調整部82は、点火制御部22から点火制御信号が入力すると、イグナイタ54に点火制御信号を出力する時期を早めたり遅くしたりすることで、推定副室温度に応じて点火タイミングを進角又は近くに変える調整(「点火調整」と呼ぶ)を行う。ここで、点火時期調整部82は、第1の実施の形態に係る点火制御部22が行った、副室温度が低温である時の処理(図12を参照)、副室温度が高温である時の処理(図14を参照)に従って点火調整することが可能である。
次に、本発明の第4の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図19~図21を参照して説明する。本実施の形態に係る点火装置は、点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出して、副室温度を推定するものである。
図19は、点火装置50Cの構成例を示す説明図である。
イオン電流検出部90は、キャパシタ91、キャパシタ91に並列接続された充電電圧制御用のツェナーダイオード92、キャパシタ91に接続される電圧変換用抵抗93を備える。また、イオン電流検出部90は、キャパシタ91とツェナーダイオード92と電圧変換用抵抗93の接続点とGND部分とを接続する2次電流経路ダイオード94、電圧変換用抵抗93を介してキャパシタ91をGND部分に接続するイオン電流経路ダイオード95を備える。
副燃焼室温度推定部(副室温度推定部21)は、点火制御信号がオフされてから発生するイオン信号98の積分値の形状パターンに基づいて混合気が正常燃焼したことを判定した場合に、副燃焼室(副室42)の温度を推定し、推定した副燃焼室(副室42)の温度の情報を点火制御部(点火制御部22)に出力する。
3つ目の山123は、燃焼火炎が燃焼室全体に燃え広がる過程で検出される波形であり、時刻t53~t54の間(Δtc)で発生する。イオン電流検出部90は、主燃焼部分の火炎中のイオン成分を検出し、副室温度推定部21がΔtcでイオン信号の積分値S(i)を算出する。
なお、燃料噴射装置(インジェクタ36)は、吸気系(インテークマニホールド31)、主燃焼室(主室37)、及び副燃焼室(副室42)の少なくともいずれか一つに設置される。例えば、上述した各実施の形態では、ポート噴射式のインジェクタ36を採用した例について説明したが、主室37に直接燃料を噴射可能な直噴式のインジェクタ36を採用してもよい。また、インジェクタ36は、点火プラグ40の副室42に設けられ、副室42内に燃料を直接噴射する構成としてもよい。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (13)
- 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
前記副燃焼室に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火時期を制御する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、
前記点火装置から取得する点火装置情報に基づいて前記副燃焼室の温度を推定する副燃焼室温度推定部と、
推定された前記副燃焼室の温度が第1設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記副燃焼室の温度に対する前記点火時期の変化量で規定される第1減少度合いで前記点火時期を遅らせ、前記副燃焼室の温度が前記第1設定温度より高い高温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記第1減少度合いよりも大きい第2減少度合いで前記点火時期を遅らせる点火制御部と、を備える
内燃機関制御装置。 - 前記点火制御部は、前記副燃焼室の温度が前記中温領域の下限である第2設定温度以下である低温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記第1減少度合いより大きい第3減少度合いで前記点火時期を遅らせる
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記第1設定温度は、プレイグニッションで前記混合気が着火し始める温度であり、
前記第2設定温度は、前記中温領域で前記混合気の燃焼が安定し始める温度であり、
前記副燃焼室の温度が前記中温領域に含まれる場合に、前記点火制御部は、前記内燃機関が最大トルクを発生する点火時期に合わせて、前記第1減少度合いを決定する
請求項2に記載の内燃機関制御装置。 - 前記点火装置は、
1次電流が通電される1次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記1次コイルに前記1次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記1次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記1次電流を遮断したことで発生する2次電流を電極に出力する2次コイルと、を含む点火部を有し、
前記副燃焼室温度推定部は、1次コイルにエネルギーをチャージするチャージ期間における前記1次電流の時間変化に基づいて前記副燃焼室の温度を推定し、
前記点火制御部は、前記イグナイタのオン又はオフを切り替える点火制御信号を前記点火装置に出力する
請求項3に記載の内燃機関制御装置。 - 前記点火装置は、前記1次電流を検出する1次電流検出部を備え、
前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオン又はオフされたことで、前記1次電流検出部が検出する前記1次電流の変化に基づいて、前記副燃焼室の温度を推定する
請求項4に記載の内燃機関制御装置。 - 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオンされて流れる前記1次電流の単位時間当たりの増加量が、前記低温領域における前記1次電流の単位時間当たりの増加量より少なくなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
請求項5に記載の内燃機関制御装置。 - 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて前記1次電流が、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るときのアンダーシュート量により前記副燃焼室の温度を推定し、
前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
請求項5に記載の内燃機関制御装置。 - 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて前記1次コイルに印加される1次電圧が、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
請求項5に記載の内燃機関制御装置。 - 前記点火装置は、
1次電流が通電される1次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記1次コイルに前記1次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記1次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記1次電流を遮断したことで発生する2次電流を電極に出力する2次コイルと、を含む点火部と、
前記2次電流を検出し、前記2次電流の値を含む前記点火装置情報を前記副燃焼室温度推定部に出力する2次電流検出部と、を有し、
前記副燃焼室温度推定部は、前記点火装置情報から取得する前記2次電流の変化に基づいて、前記副燃焼室の温度を推定する
請求項3に記載の内燃機関制御装置。 - 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて増加する前記2次電流が減少して、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
請求項9に記載の内燃機関制御装置。 - 前記点火装置は、
1次電流が通電される1次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記1次コイルに前記1次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記1次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記1次電流を遮断したことで発生する2次電流を電極に出力する2次コイルと、を含む点火部と、
前記電極での火花放電が収まった後に前記電極に流れるイオン電流を検出し、イオン信号を出力するイオン電流検出部と、を有し、
前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされてから発生する前記イオン信号の積分値の形状パターンに基づいて前記混合気が正常燃焼したことを判定した場合に、前記副燃焼室の温度を推定し、推定した前記副燃焼室の温度の情報を前記点火制御部に出力する
請求項3に記載の内燃機関制御装置。 - 前記燃料噴射装置は、前記吸気系、前記主燃焼室、及び前記副燃焼室の少なくともいずれか一つに設置される
請求項1~11のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。 - 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
前記副燃焼室に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気に点火する点火プラグと、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置からの指示に基づいて、点火時期を制御して前記点火プラグを動作させる点火装置であって、
前記副燃焼室の温度を推定する副燃焼室温度推定部と、
推定された前記副燃焼室の温度が第1設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記副燃焼室の温度に対する前記点火時期の変化量で規定される第1減少度合いで前記点火時期を遅らせ、前記副燃焼室の温度が前記第1設定温度より高い高温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記第1減少度合いよりも大きい第2減少度合いで前記点火時期を遅らせる点火時期調整部と、を備える
点火装置。
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