WO2014103555A1 - 内燃機関の点火装置および点火方法 - Google Patents
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- F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition
Definitions
- the present invention relates to an ignition device and an ignition method for an internal combustion engine using an ignition coil including a primary coil and a secondary coil.
- a primary discharge current is applied to the primary coil, and then the primary current is cut off at a predetermined ignition timing, thereby generating a high discharge voltage in the secondary coil and A discharge is generated between the electrodes of the connected spark plug.
- the ignition coil is a kind of transformer, a relatively high secondary voltage is generated in the secondary coil at the moment of starting energization of the primary current.
- the secondary voltage also called the ON voltage
- the discharge voltage is in the opposite direction to the original discharge voltage, the secondary current, that is, the discharge between the electrodes is blocked by the backflow prevention diode.
- Patent Document 1 discloses a technique for applying a superimposed voltage by another booster circuit to a spark plug over a discharge period after the ignition timing in order to lengthen the discharge period and obtain reliable ignition. .
- the discharge current is continued by the overlap voltage, and a larger amount of energy is given to the air-fuel mixture.
- Patent Document 1 merely discloses the use of the superimposed voltage for extending the discharge period, and is not effective at all with respect to the preignition as described above.
- the present invention intends to suppress preignition due to the ON voltage by utilizing the above-described superposed voltage technique. That is, the present invention provides an ignition device for an internal combustion engine that generates a discharge voltage between electrodes of an ignition plug connected to a secondary coil by passing and interrupting a primary current to the primary coil of the ignition coil. Having a superimposed voltage generation circuit for applying a superimposed voltage in the same direction as the discharge voltage between the electrodes of the plug, and at least a part of a secondary voltage increase period associated with the start of energization of the primary current under specific engine operating conditions The above overlap voltage is applied so as to overlap with the above.
- the secondary voltage that is, the ON voltage generated in the secondary coil when energization of the primary current to the primary coil is started is in the direction opposite to the original discharge voltage generated when the primary current is interrupted.
- an overlap voltage is generated in the same direction as the discharge voltage, and the overlap voltage is overlapped with at least part of a secondary voltage increase period (in other words, an ON voltage generation period) accompanying the start of energization of the primary current. It is given between the electrodes of the spark plug. Accordingly, the ON voltage accompanying the start of energization of the primary current is canceled out by the overlap voltage, and the voltage actually generated between the electrodes is reduced. Thereby, the early discharge by ON voltage and by extension, preignition are suppressed.
- the present invention in a configuration in which reverse current conduction between the electrodes is allowed for ion current detection or the like, from the spark plug due to the ON voltage generated in the secondary coil at the start of primary current conduction. As a result, the preignition can be suppressed.
- FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating regions of output patterns with respect to rotation speed and load for the second embodiment of FIG. 6.
- FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating regions of output patterns with respect to rotation speed and load for the third example of FIG. 8.
- FIG. 1 is an explanatory diagram showing a system configuration of an ignition device according to the present invention.
- a piston 3 is disposed in each of a plurality of cylinders 2 of an internal combustion engine 1 and is opened and closed by an intake valve 4.
- An exhaust port 7 that is opened and closed by an intake port 5 and an exhaust valve 6 are connected to each other.
- a fuel injection valve 8 is provided for injecting and supplying fuel into the cylinder.
- the fuel injection timing and fuel injection amount of the fuel injection valve 8 are controlled by an engine control unit (ECU) 10.
- ECU engine control unit
- a spark plug 9 is disposed at the center of the ceiling surface, for example.
- the illustrated example is configured as an in-cylinder direct injection internal combustion engine, but a port injection configuration in which a fuel injection valve is disposed in the intake port 5 may be used.
- a spark plug drive unit 11 that outputs a discharge voltage to the spark plug 9 in response to an ignition signal from the engine control unit 10 is connected to the spark plug 9. Further, an overlap voltage control unit 12 that controls the overlap voltage by the spark plug drive unit 11 in response to the overlap voltage request signal from the engine control unit 10 is provided. These engine control unit 10, spark plug drive unit 11, and overlap voltage control unit 12 are connected to a vehicle-mounted 14-volt battery 13.
- the spark plug drive unit 11 includes an ignition coil 15 including a primary coil and a secondary coil (not shown), and an igniter 16 that controls energization / interruption of the primary current to the primary coil of the ignition coil 15. And a superimposed voltage generation circuit 17 including a booster circuit, and a spark plug 9 is connected to a secondary coil of the ignition coil 15.
- the overlap voltage generation circuit 17 boosts the voltage of the battery 13 to a predetermined overlap voltage and then outputs several output patterns as will be described later to the spark plug 9 based on the control signal of the overlap voltage control unit 12. Therefore, it outputs the overlap voltage.
- the superimposed voltage generation circuit 17 generates a superimposed voltage in the same potential direction as the original discharge voltage generated between the electrodes of the spark plug 9 when the primary current to the primary coil is interrupted.
- the spark plug drive unit 11 of FIG. 2 includes an ion current detection circuit that detects an ion current generated in the cylinder 2 using the spark plug 9 as a detection probe.
- FIG. 3 explains the basic concept of the superimposed voltage according to the present invention.
- the primary coil at the time t1 is connected to the primary coil of the ignition coil 15 via the igniter 16.
- the energization of the current is started, and the energization of the primary current is interrupted at time t3 corresponding to the ignition timing.
- a high discharge voltage (indicated by S in the figure (b)) is generated in the secondary coil, and discharge occurs between the electrodes of the spark plug 9 due to dielectric breakdown of the air-fuel mixture. Arise.
- the ignition coil 15 is a kind of transformer, a relatively high secondary voltage (ON voltage) is applied to the secondary coil even at the start of energization of the primary current, as indicated by symbol H in FIG. appear.
- the ON voltage H is generated in the direction opposite to the original discharge voltage S as shown in the figure.
- the superimposed voltage is superimposed on the secondary voltage and applied to the spark plug 9 as shown in FIG.
- FIG. 3 illustrates five examples (c1) to (c5).
- the overlap voltage is at least one of the periods from t1 to t2, which is a voltage rise period as the ON voltage. It is effective if it overlaps the part.
- the voltage may not necessarily be a constant voltage as in the case of a rectangular wave, and the voltage may change in a period in which the overlap voltage is applied.
- (c1) is an example in which an overlap voltage is applied in the period from t1 to t3 corresponding to the energization period of the primary current.
- (C2) is an example in which the period of the overlap voltage is set so as to include the period from t1 to t2 in which the secondary voltage rises with a margin.
- (C3) is an example in which the overlapping voltage overlaps only in the first half of the period from t1 to t2
- (c4) is an example in which the overlapping voltage overlaps only in the second half of the period from t1 to t2.
- (c5) shows an example in which the voltage of the overlapping voltage changes in a trapezoidal waveform.
- the overlap voltage so as to at least partially overlap the secondary voltage rise period at the start of energization of the primary current, the ON voltage is suppressed, and discharge between the electrodes of the spark plug 9 is prevented.
- FIG. 4 is an explanatory view showing a more specific output pattern of the superimposed voltage.
- 5 to 9 show how to select the plurality of output patterns shown in FIG.
- the ignition voltage is not simply used to suppress the ON voltage but is set to an appropriate output pattern in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1, thereby avoiding unnecessary application of the overlap voltage. The performance can be improved at the same time.
- FIG. 4 collectively shows the characteristics of the primary current, the overlap voltage, the secondary voltage, and the secondary current for each pattern.
- the first pattern is an output pattern that does not output a superimposed voltage in order to suppress wasteful power consumption and electrode wear. Therefore, when the primary current starts energizing, the secondary voltage rise (ON voltage) is observed. It is done.
- the secondary current column in the figure shows the generation of a secondary current corresponding to the ON voltage. However, as long as no discharge occurs between the electrodes due to the ON voltage. Such a secondary current does not actually occur.
- the second pattern is an output pattern in which a superposed voltage is applied so as to overlap the discharge period of the spark plug 9 after the ignition timing (that is, when the primary current is interrupted).
- This is for continuation or enhancement of the discharge current (secondary current), which is the original use of the superimposed voltage as in Patent Document 1, and as shown in FIG. A long-lasting action is obtained at a high level.
- the generation of the secondary current accompanying the ON voltage is illustrated in FIG. 4 for the sake of explanation. In practice, however, as long as no discharge occurs between the electrodes, No secondary current is generated.
- the third pattern is an output pattern in which an overlap voltage is applied in a period that basically matches the energization period of the primary current. This is intended to avoid discharge due to the ON voltage, and as shown in the figure, the ON voltage is suppressed and no corresponding secondary current is generated.
- the third pattern may be a superposed voltage having a mode as shown in (c2) to (c5) of FIG.
- the fourth pattern is an output pattern in which the superimposed voltage is continued from the start of energization of the primary current to the discharge period after the ignition timing in order to simultaneously suppress the ON voltage and enhance the discharge current.
- the superposed voltage after the ignition timing is higher than the superposed voltage before the ignition timing, but this is not necessarily essential, and both may be equal or vice versa.
- the superimposed voltage during the discharge period may be a relatively low voltage.
- the above four output patterns are selectively applied according to the operating condition of the internal combustion engine 1, for example, according to the flowchart shown in FIG.
- the output pattern is selected from four patterns from the two viewpoints of whether or not, and in step 1, the load (torque) and the rotational speed of the internal combustion engine 1 at that time are read. Then, based on these engine operating conditions, it is determined whether or not the in-cylinder gas density at the start of primary current energization is equal to or lower than a predetermined density.
- ⁇ In-cylinder gas density at the start of primary current application can be estimated by various methods. For example, in one example, based on in-cylinder gas density data obtained experimentally in advance, a characteristic map in which the in-cylinder gas density is assigned using the intake air amount, rotation speed, and energization start time as parameters is created in advance in the memory. The in-cylinder gas density at the start of primary current application can be calculated with reference to this characteristic map.
- the gas temperature Tign at the start of primary current energization is calculated from the intake air temperature T1 + ⁇ ( ⁇ is a correction term), the effective compression ratio ⁇ ign at the start of primary current energization, and the specific heat ratio ⁇ .
- Tign (T1 + ⁇ ) ⁇ ⁇ ign ( ⁇ -1) Can be obtained as
- the effective compression ratio ⁇ ign and the specific heat ratio ⁇ can be obtained with reference to a characteristic table in which values are assigned in advance for each operating condition.
- the estimation of the in-cylinder gas density is not limited to these methods.
- step 2 If it is determined in step 2 that the in-cylinder gas density at the start of energization of the primary current is equal to or lower than the predetermined density, the process proceeds to step 3 to determine whether or not it is a difficult combustion region where ignition is difficult. Specifically, it is determined whether or not it is a high EGR region (diluted combustion region) or a lean (lean) combustion region. If these are the difficult-to-combust regions, the process proceeds to step 5 to select the aforementioned fourth pattern. That is, the suppression of the discharge by the ON voltage and the enhancement of the discharge current are performed by the overlapping voltage.
- step 3 If it is determined in step 3 that the region is not difficult to burn, the process proceeds to step 6 to select the third pattern described above. That is, only suppression of discharge by the ON voltage is performed by the overlap voltage.
- step 4 when the cylinder gas density is higher than the predetermined density in the determination in step 2, the cylinder gas has high insulation, so the possibility of discharge due to the ON voltage is low.
- the process proceeds to step 4, as in step 3, whether or not it is a difficult combustion region that is difficult to ignite, specifically, is it a high EGR region (diluted combustion region) or a lean (lean) combustion region? Determine whether or not. If these are difficult-to-combust regions, the process proceeds to step 7 to select the second pattern described above. That is, only the discharge current is enhanced by the overlap voltage.
- step 4 If it is determined in step 4 that the region is not difficult to burn, the process proceeds to step 8 to select the first pattern described above. That is, no superposition voltage is applied.
- FIG. 6 and the characteristic diagram of FIG. 7 show a second embodiment in which one output pattern is uniquely determined from four output patterns depending on the load and the rotational speed of the internal combustion engine 1. Show.
- the load and rotation speed at that time are read in Step 11, and one of the output patterns in Steps 16 to 19 is selected according to the determination of the operation conditions in Steps 12 to 15. Specifically, as shown in FIG. 7, the third pattern is selected when the load is extremely low to low (step 12) and when the load is low to medium and high (step 13). Step 16), and only suppressing the discharge by the ON voltage. In the low to medium load and low to medium rotation region (step 14), the fourth pattern is selected (step 17), and the suppression of the discharge by the ON voltage and the enhancement of the discharge current are performed.
- the second pattern is selected (step 18) and only the discharge current is enhanced.
- the first pattern is selected (step 19), and no superposition voltage is applied.
- FIG. 8 and the characteristic diagram of FIG. 9 show a third embodiment in which the output pattern is uniquely determined by the load and the rotational speed of the internal combustion engine 1. As apparent from a comparison between FIG. 7 and FIG. 9, this corresponds to an expansion of the region of the fourth pattern to an extremely low load as compared with the second embodiment.
- the fourth pattern is selected (step 26) to suppress discharge by ON voltage and enhance discharge current. And do. If the load is extremely low to medium load (step 22) and the rotation is high, the third pattern is selected (step 27), and only suppression of discharge by the ON voltage is performed.
- the second pattern is selected (step 28) and only the discharge current is enhanced.
- the first pattern is selected (step 29), and no superposition voltage is applied.
- the third embodiment as well, similar to the second embodiment, it is possible to avoid the occurrence of pre-ignition due to the ON voltage while minimizing wasteful power consumption and electrode wear, and to effectively use the overlap voltage. Ignition performance can be obtained.
- the second embodiment and the third embodiment can be appropriately selected according to the specifications of the internal combustion engine 1 in consideration of, for example, the demand for stability of ignition in a low load low speed region.
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Abstract
点火装置は、点火コイル（１５）とは別に重ね電圧生成回路（１７）を備え、二次電圧に重ね電圧を重畳する。重ね電圧の出力パターンとして複数のパターンを有し、機関運転条件に応じて出力パターンが選択される。第３パターンでは、一次電流通電期間に対応してＯＮ電圧とは逆方向となる重ね電圧が付与される。従って、点火コイル（１５）の一次電流通電開始に伴って二次コイルに生じるＯＮ電圧が相殺され、プレイグニッションが防止される。第４パターンでは、一次電流通電期間から放電期間に亘って重ね電圧が付与されるので、ＯＮ電圧の相殺と放電電流の強化との双方の作用が得られる。
Description
この発明は、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルを用いた内燃機関の点火装置および点火方法に関する。
点火コイルを用いた点火装置にあっては、一次コイルに一次電流を通電した後、所定の点火時期に一次電流を遮断することで、二次コイルに高い放電電圧を生成し、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電を生じさせる。点火コイルは一種の変圧器であるので、一次電流の通電を開始した瞬間にも二次コイルに比較的高い二次電圧が生じるが、このときの二次電圧（これはＯＮ電圧とも呼ばれる）は、本来の放電電圧とは逆方向となるので、逆流防止のダイオードによって二次電流つまり電極間の放電が阻止される。
一方、特許文献１には、放電期間を長くして確実な着火を得るために、点火時期後の放電期間に重ねて、別の昇圧回路による重ね電圧を点火プラグに与える技術が開示されている。このものでは、点火コイルによる二次電圧によって電極間の放電が開始した後、重ね電圧によって放電電流が継続され、より大きなエネルギが混合気に与えられる。
近年、燃焼室内の燃焼状態を把握するために、点火プラグ自体を検出プローブとして利用するイオン電流検出装置が開発され、かつ実用に供されているが、このようなイオン電流検出のためには、電極間の電流の逆流を阻止するダイオード等を設けることができない。従って、例えば筒内のガスが希薄なときなどに上記ＯＮ電圧によって電極間の放電が発生し、本来の点火時期よりも早期の着火燃焼（一種のプレイグニッション）が生じてしまうことがある。
上記特許文献１は、重ね電圧を放電期間の延長に用いることを開示しているに過ぎず、上記のようなプレイグニッションに関し、何ら有効なものではない。
この発明は、上記のような重ね電圧の技術を利用して、ＯＮ電圧によるプレイグニッションを抑制しようとするものである。すなわち、この発明は、点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置において、上記点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加える重ね電圧生成回路を有し、特定の機関運転条件のときに、上記一次電流の通電開始に伴う二次電圧上昇期間の少なくとも一部に重なるように上記重ね電圧を加える。
一次コイルに一次電流の通電を開始したときに二次コイルに発生する二次電圧つまりＯＮ電圧は、一次電流遮断時に発生する本来の放電電圧とは逆方向のものである。本発明では、放電電圧と同方向に重ね電圧が生成され、一次電流の通電開始に伴う二次電圧上昇期間（換言すればＯＮ電圧発生期間）の少なくとも一部と重なるように、この重ね電圧が点火プラグの電極間に与えられる。従って、一次電流の通電開始に伴うＯＮ電圧が重ね電圧によって相殺され、実際に電極間に生じる電圧が低くなる。これにより、ＯＮ電圧による早期の放電ひいてはプレイグニッションが抑制される。
従って、この発明によれば、イオン電流検出などのために電極間での逆方向の通電が許容される構成において、一次電流の通電開始時に二次コイルに生じるＯＮ電圧に起因した点火プラグからの放電ひいてはプレイグニッションを抑制することができる。
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明に係る点火装置のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１の複数のシリンダ２の各々には、ピストン３が配置されているとともに、吸気弁４によって開閉される吸気ポート５および排気弁６によって開閉される排気ポート７がそれぞれ接続されている。また、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁８が配置されている。この燃料噴射弁８の燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。そして、上記燃料噴射弁８によって筒内に生成された混合気の点火を行うために、例えば天井面中央に点火プラグ９が配置されている。なお、図示例は、筒内直接噴射式内燃機関として構成されているが、吸気ポート５に燃料噴射弁を配置したポート噴射型の構成であってもよい。
上記点火プラグ９には、エンジンコントロールユニット１０からの点火信号に応答して点火プラグ９に放電電圧を出力する点火プラグ駆動ユニット１１が接続されている。また、エンジンコントロールユニット１０からの重ね電圧要求信号に応答して点火プラグ駆動ユニット１１による重ね電圧を制御する重ね電圧制御ユニット１２が設けられている。これらのエンジンコントロールユニット１０、点火プラグ駆動ユニット１１、および重ね電圧制御ユニット１２は、車載の１４ボルトのバッテリ１３に接続されている。
上記点火プラグ駆動ユニット１１は、図２に示すように、図示せぬ一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイル１５と、この点火コイル１５の一次コイルに対する一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタ１６と、昇圧回路を含む重ね電圧生成回路１７と、を含んでおり、上記点火コイル１５の二次コイルに点火プラグ９が接続されている。重ね電圧生成回路１７は、バッテリ１３の電圧を所定の重ね電圧の電圧まで昇圧した上で、重ね電圧制御ユニット１２の制御信号に基づいて、点火プラグ９に対し後述するようないくつかの出力パターンでもって重ね電圧を出力する。なお、重ね電圧生成回路１７は、一次コイルへの一次電流遮断時に点火プラグ９の電極間に生じる本来の放電電圧と同じ電位の方向に重ね電圧を生成する。また図示していないが、図２の点火プラグ駆動ユニット１１は、シリンダ２内で発生したイオン電流を、点火プラグ９を検出プローブとして検出するイオン電流検出回路を備えている。
図３は、本発明の重ね電圧の基本的な考え方を説明するものであり、同図（ａ）に示すように、点火コイル１５の一次コイルには、イグナイタ１６を介して、時刻ｔ１において一次電流の通電が開始され、点火時期に相当する時刻ｔ３において一次電流の通電が遮断される。この一次電流の遮断に伴って、二次コイルには高い放電電圧（同図（ｂ）に符号Ｓで示す）が発生し、混合気の絶縁破壊を伴って点火プラグ９の電極間で放電が生じる。
ここで、点火コイル１５は一種の変圧器であるから、同図（ｂ）に符号Ｈで示すように、一次電流の通電開始時にも二次コイルに比較的高い二次電圧（ＯＮ電圧）が発生する。このＯＮ電圧Ｈは、図示するように、本来の放電電圧Ｓとは逆方向に発生する。
本発明は、このようなＯＮ電圧を相殺するために、同図（ｃ）に示すように、重ね電圧を二次電圧に重畳して点火プラグ９に与える。図３には、（ｃ１）～（ｃ５）の５つの例が例示されているが、これらに示すように、重ね電圧は、ＯＮ電圧としての電圧上昇期間であるｔ１～ｔ２の期間の少なくとも一部に重なっていれば有効である。また必ずしも矩形波のように一定電圧でなくともよく、重ね電圧を与える期間の中で電圧が変化する形であってもよい。
具体的には、（ｃ１）は、一次電流の通電期間に対応してｔ１～ｔ３の期間で重ね電圧を加える例である。（ｃ２）は、二次電圧が上昇するｔ１～ｔ２の期間を余裕をもって包含するように重ね電圧の期間を設定した例である。（ｃ３）は、ｔ１～ｔ２の期間の前半部分にのみ、また（ｃ４）は、ｔ１～ｔ２の期間の後半部分にのみ、重ね電圧が重なる例である。また（ｃ５）は、台形波状に重ね電圧の電圧が変化する例を示している。
このように、一次電流の通電開始時の二次電圧上昇期間と少なくとも部分的に重なるように重ね電圧を加えることで、ＯＮ電圧が抑制され、点火プラグ９の電極間での放電が防止される。
図４は、より具体的な重ね電圧の出力パターンを示した説明図である。そして、図５～図９は、図４に示す複数の出力パターンをどのように選択するかを示している。すなわち、上記のような重ね電圧を単にＯＮ電圧の抑制のみに用いるのではなく、内燃機関１の運転条件に応じて適宜な出力パターンとすることで、無用な重ね電圧の付与を回避しつつ点火性能の向上を併せて行うことができる。
以下に説明する点火装置の実施例では、重ね電圧の出力パターンとして４つのパターンを備えている。図４は、各パターンについて、一次電流、重ね電圧、二次電圧、二次電流、のそれぞれの特性をまとめて図示したものである。
第１パターンは、無駄な電力消費の抑制ならびに電極摩耗の抑制のために重ね電圧を出力しない出力パターンであり、従って、一次電流の通電開始の際に二次電圧の上昇（ＯＮ電圧）が見られる。なお、理解を容易にするために、図の二次電流の欄に、このＯＮ電圧に対応した二次電流の発生が描かれているが、ＯＮ電圧に伴って電極間で放電が生じない限りは、このような二次電流は実際には発生しない。
第２パターンは、点火時期（つまり一次電流の遮断時）以降の点火プラグ９の放電期間に重なるように重ね電圧を付与する出力パターンである。これは、特許文献１のような重ね電圧の本来の用途である放電電流（二次電流）の継続ないし強化を行うためのものであり、図示するように、放電開始後、重ね電圧によって放電電流が高いレベルで長く持続する作用が得られる。なお、この第２パターンについても、図４には説明のためにＯＮ電圧に伴う二次電流の発生が描かれているが、実際には、電極間で放電が生じない限りは、このような二次電流は発生しない。
第３パターンは、一次電流の通電期間に基本的に一致する期間で重ね電圧を加える出力パターンである。これは、ＯＮ電圧による放電の回避を意図したものであり、図示するようにＯＮ電圧が抑制され、対応する二次電流が発生しない。なお、第３パターンとして、図３の（ｃ２）～（ｃ５）に示すような態様の重ね電圧であってもよい。
第４パターンは、ＯＮ電圧の抑制と放電電流の強化とを同時に行うために、一次電流の通電開始時点から点火時期後の放電期間に亘って重ね電圧を継続するようにした出力パターンである。なお、図示例では、点火時期前の重ね電圧に比較して点火時期後の重ね電圧が高い電圧となっているが、これは必ずしも必須ではなく、両者で等しい電圧であってもよく、あるいは逆に放電期間の重ね電圧の方が相対的に低い電圧であってもよい。このような出力パターンでは、第２パターンの作用と第３パターンの作用との双方が得られ、図示するように、ＯＮ電圧の抑制と放電電流の強化が可能である。
上記の４つの出力パターンは、内燃機関１の運転条件に応じて、例えば図５に示すフローチャートに従って選択的に適用される。
この図５の例は、一次電流通電開始時における筒内ガス密度が、ＯＮ電圧により電極間での放電が生じ得る程度に低いか否か、また、重ね電圧による着火性能の向上が必要であるか否か、という２つの観点で４つのパターンの中からいずれかの出力パターンの選択を行うものであり、ステップ１でそのときの内燃機関１の負荷（トルク）および回転速度を読み込み、ステップ２では、これらの機関運転条件に基づき、一次電流通電開始時における筒内ガス密度が所定密度以下であるか否かを判別する。
一次電流通電開始時における筒内ガス密度は種々の方法で推定可能である。例えば１つの例では、予め実験的に得た筒内ガス密度のデータに基づき、吸入空気量、回転速度、通電開始時期をパラメータとして筒内ガス密度を割り付けた特性マップを予め作成してメモリに格納しておき、この特性マップを参照して一次電流通電開始時における筒内ガス密度を算出することができる。
あるいは、ガス密度は、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づき、ガス圧力とガス温度とから求めることが可能である。
具体的には、一次電流通電開始時のガス圧力Ｐignは、吸気圧Ｐ１、一次電流通電開始時の有効圧縮比εign、比熱比κ、から、
Ｐign＝Ｐ１×εignκ
として求めることができ、一次電流通電開始時のガス温度Ｔignは、吸気温度Ｔ１＋α（αは補正項である）、一次電流通電開始時の有効圧縮比εign、比熱比κ、から、
Ｔign＝（Ｔ１＋α）×εign(κ-1)
として求めることができる。また上記の有効圧縮比εignおよび比熱比κは、予め運転条件毎に値を割り付けた特性テーブルを参照して求めることができる。
Ｐign＝Ｐ１×εignκ
として求めることができ、一次電流通電開始時のガス温度Ｔignは、吸気温度Ｔ１＋α（αは補正項である）、一次電流通電開始時の有効圧縮比εign、比熱比κ、から、
Ｔign＝（Ｔ１＋α）×εign(κ-1)
として求めることができる。また上記の有効圧縮比εignおよび比熱比κは、予め運転条件毎に値を割り付けた特性テーブルを参照して求めることができる。
なお、筒内ガス密度の推定は、これらの方法に限られるものではない。
ステップ２において一次電流通電開始時の筒内ガス密度が所定密度以下であると判定した場合はステップ３へ進み、着火しにくい難燃焼領域であるか否かを判定する。具体的には、高ＥＧＲ領域（希釈燃焼領域）あるいは希薄（リーン）燃焼領域であるか否かを判定する。これらの難燃焼領域であれば、ステップ５へ進み、前述した第４パターンを選択する。つまり、ＯＮ電圧による放電の抑制と放電電流の強化とを重ね電圧によって行う。
ステップ３で難燃焼領域ではないと判定した場合は、ステップ６へ進み、前述した第３パターンを選択する。つまり、重ね電圧によってＯＮ電圧による放電の抑制のみを行う。
また、ステップ２の判定で、筒内ガス密度が所定密度よりも高い場合には、筒内ガスの絶縁性が高いので、ＯＮ電圧による放電の可能性は低い。この場合は、ステップ４へ進み、ステップ３と同様に、着火しにくい難燃焼領域であるか否か、具体的には、高ＥＧＲ領域（希釈燃焼領域）あるいは希薄（リーン）燃焼領域であるか否かを判定する。これらの難燃焼領域であれば、ステップ７へ進み、前述した第２パターンを選択する。つまり、重ね電圧による放電電流の強化のみを行う。
ステップ４で難燃焼領域ではないと判定した場合は、ステップ８へ進み、前述した第１パターンを選択する。つまり、重ね電圧の付与は行わない。
次に、図６のフローチャートおよび図７の特性図は、内燃機関１の負荷および回転速度によって、４つの出力パターンの中から１つの出力パターンを一義的に決定するようにした第２実施例を示している。
図６のフローチャートでは、ステップ１１においてそのときの負荷および回転速度を読み込み、ステップ１２～１５の運転条件の判別に従って、ステップ１６～１９のいずれかの出力パターンを選択する。具体的には、図７にも示すように、極低負荷～低負荷である場合（ステップ１２）および低～中負荷でかつ高回転である場合（ステップ１３）は、第３パターンを選択（ステップ１６）し、ＯＮ電圧による放電の抑制のみを行う。低～中負荷でかつ低～中回転領域（ステップ１４）では、第４パターンを選択し（ステップ１７）、ＯＮ電圧による放電の抑制と放電電流の強化とを行う。
さらに、中～高負荷でかつ低～中回転領域（ステップ１５）では、第２パターンを選択し（ステップ１８）、放電電流の強化のみを行う。そして、残りの高負荷領域では、第１パターンを選択し（ステップ１９）、重ね電圧の付与は行わない。
このように運転条件に応じて出力パターンを選択することで、無駄な電力消費や電極の摩耗を最小限としつつＯＮ電圧によるプレイグニッションの発生を回避し、かつ重ね電圧を有効利用した良好な着火性能が得られる。
次に、図８のフローチャートおよび図９の特性図は、内燃機関１の負荷および回転速度によって出力パターンを一義的に決定するようにした第３実施例を示している。これは、図７と図９とを比較すれば明らかなように、第２実施例に比べて、第４パターンの領域を極低負荷まで拡大したものに相当する。
すなわち、極低負荷～中負荷（ステップ２２）でかつ低～中回転領域（ステップ２３）である場合は、第４パターンを選択し（ステップ２６）、ＯＮ電圧による放電の抑制と放電電流の強化とを行う。極低負荷～中負荷（ステップ２２）でかつ高回転である場合は、第３パターンを選択（ステップ２７）し、ＯＮ電圧による放電の抑制のみを行う。
さらに、中～高負荷（ステップ２４）でかつ低～中回転領域（ステップ２５）では、第２パターンを選択し（ステップ２８）、放電電流の強化のみを行う。そして、残りの高負荷領域では、第１パターンを選択し（ステップ２９）、重ね電圧の付与は行わない。
このような第３実施例においても、第２実施例と同様に、無駄な電力消費や電極の摩耗を最小限としつつＯＮ電圧によるプレイグニッションの発生を回避し、かつ重ね電圧を有効利用した良好な着火性能が得られる。なお、第２実施例および第３実施例は、内燃機関１の仕様に応じ、例えば低負荷低速領域での着火の安定性の要求などを考慮して適宜に選択することが可能である。
Claims (8)
- 点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火装置において、
上記点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加える重ね電圧生成回路を有し、
特定の機関運転条件のときに、上記一次電流の通電開始に伴う二次電圧上昇期間の少なくとも一部に重なるように上記重ね電圧を加える、内燃機関の点火装置。 - 上記の特定の機関運転条件は、一次電流の通電開始時の筒内ガス密度が所定密度よりも低くなる機関運転条件である、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
- 上記所定密度は、上記一次電流の通電開始に伴う上記の二次電圧上昇によって点火プラグの電極間に放電が生じ得るガス密度である、請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
- 上記の特定の機関運転条件は、極低負荷領域から中負荷域である、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
- 遅くとも一次電流を遮断する点火時期までに重ね電圧の付与を終了する、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
- 一次電流を遮断する点火時期以降に重ね電圧の付与を継続する、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の点火装置。
- 重ね電圧を付与しない第１のパターンと、点火時期以降に重ね電圧を付与する第２のパターンと、一次電流の通電期間に重ねて重ね電圧を付与する第３のパターンと、一次電流の通電期間から点火時期以降まで継続して重ね電圧を付与する第４のパターンと、を有し、重ね電圧の制御として機関運転条件に応じていずれかのパターンを選択する、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
- 点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電電圧を発生させる内燃機関の点火方法において、
特定の機関運転条件のときに、上記一次電流の通電開始に伴う二次電圧上昇期間の少なくとも一部と重なるように、点火プラグの電極間に上記放電電圧と同方向の重ね電圧を加える、内燃機関の点火方法。
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|---|---|---|---|
| JP2012281894 | 2012-12-26 | ||
| JP2012-281894 | 2012-12-26 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| WO (1) | WO2014103555A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5843047B2 (ja) * | 2013-03-21 | 2016-01-13 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関の点火制御装置および点火制御方法 |
| JP2017048713A (ja) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
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-
2013
- 2013-11-18 WO PCT/JP2013/080988 patent/WO2014103555A1/ja active Application Filing
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