JP6797000B2 - Internal combustion engine ignition control device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の点火を制御する点火制御装置に関する。 The present invention relates to an ignition control device that controls ignition of an internal combustion engine.
火花点火式の内燃機関は、気筒ごとに設けられる点火プラグに、点火コイルに蓄えられた点火エネルギを投入して火花放電させ、燃焼室内の混合気に点火する。点火プラグの火花ギャップにおける放電を制御する点火制御装置は、運転状態に応じて点火コイルへの通電時間や点火プラグの放電期間を調整することで、燃焼効率の向上を図っている。 In a spark-ignition type internal combustion engine, the ignition energy stored in the ignition coil is charged into the spark plug provided for each cylinder to discharge the spark, and ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber. The ignition control device that controls the discharge in the spark gap of the spark plug aims to improve the combustion efficiency by adjusting the energization time to the ignition coil and the discharge period of the spark plug according to the operating state.
例えば、特許文献１には、点火コイルの通電及び点火プラグの放電により、１つの燃焼サイクル中に複数回の点火動作を行う点火装置の点火制御装置が開示されている。この点火制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、運転状態に応じた目標点火エネルギを設定する手段と、設定された目標点火エネルギに応じて、点火プラグの放電期間を一定に保持し、又は増加側に可変に制御する手段を備える。
For example,
具体的には、点火プラグに接続された一対の点火コイルに互い違いに通電し、点火プラグの火花放電を繰り返し行うことが可能な点火装置について、放電期間が最適となるように制御する。例えば、目標点火エネルギが第１閾値以下の領域では、放電期間を所定の最適期間に保持し、放電期間に影響しない通電電圧を可変制御する。一方、目標点火エネルギが第１閾値より大きい領域では、放電回数を増加させて、放電期間を増加側に可変制御する。 Specifically, the ignition device capable of alternately energizing a pair of ignition coils connected to the spark plug and repeatedly performing spark discharge of the spark plug is controlled so that the discharge period is optimized. For example, in the region where the target ignition energy is equal to or less than the first threshold value, the discharge period is held in a predetermined optimum period, and the energization voltage that does not affect the discharge period is variably controlled. On the other hand, in the region where the target ignition energy is larger than the first threshold value, the number of discharges is increased to variably control the discharge period to the increase side.
点火制御を効率よく行うには、運転状態に応じた点火エネルギを適切なタイミングで投入することが望ましい。しかしながら、特許文献１の点火制御装置のように、例えば、目標点火エネルギが第１閾値より大きい領域で、放電回数を段階的に増加させる制御を行うと、投入される点火エネルギが過剰となる場合がある。また、点火エネルギが過剰となることで、点火プラグの火花ギャップを形成する電極の消耗が増大する懸念がある。
In order to efficiently perform ignition control, it is desirable to input ignition energy according to the operating state at an appropriate timing. However, as in the ignition control device of
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、投入される点火エネルギを着火燃焼に必要な最適値に制御することによって、高効率化が可能な点火制御装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ignition control device capable of improving efficiency by controlling the input ignition energy to an optimum value required for ignition combustion. is there.
本発明の一態様は、
電源部（１１）に接続され、一次コイル（４１）の電流の増減により二次コイル（４２）に点火エネルギを発生させる点火コイル（４）と、
上記点火エネルギの投入により、火花ギャップ（Ｇ）に火花放電（ＤＣ）を発生させる点火プラグ(Ｐ)と、
上記点火プラグの点火動作を制御する点火制御部（６）と、を備える点火制御装置（１）であって、
上記点火制御部は、内燃機関（Ｅ）の運転状況に応じた基準点火エネルギ（Ｅ2base）を、上記火花ギャップにおける放電伸び量（Ｌ）に応じて補正し、放電期間（Ｔdc）に投入される必要点火エネルギ（Ｅ2）を算出する、点火エネルギ補正部（７）を備えており、
上記点火エネルギ補正部は、上記一次コイルを流れる一次電圧（Ｖ1）を検出する一次電圧検出部（７１）と、上記一次電圧から上記放電伸び量を推定する放電伸び量推定部（７２）と、推定された上記放電伸び量から放電効率（η）を算出する放電効率算出部（７３）と、上記基準点火エネルギと上記放電効率とから上記必要点火エネルギ（Ｅ2）を算出する必要点火エネルギ算出部（７４）とを備える、点火制御装置にある。
One aspect of the present invention is
An ignition coil (4) that is connected to the power supply unit (11) and generates ignition energy in the secondary coil (42) by increasing or decreasing the current of the primary coil (41).
A spark plug (P) that generates a spark discharge (DC) in the spark gap (G) by inputting the above ignition energy, and
An ignition control device (1) including an ignition control unit (6) that controls the ignition operation of the spark plug.
The ignition control unit corrects the reference ignition energy (E2base) according to the operating condition of the internal combustion engine (E) according to the discharge elongation amount (L) in the spark gap, and is charged in the discharge period (Tdc). It is equipped with an ignition energy correction unit (7) that calculates the required ignition energy (E2) .
The ignition energy correction unit includes a primary voltage detection unit (71) that detects the primary voltage (V1) flowing through the primary coil, a discharge elongation amount estimation unit (72) that estimates the discharge elongation amount from the primary voltage, and a discharge elongation amount estimation unit (72). The discharge efficiency calculation unit (73) that calculates the discharge efficiency (η) from the estimated discharge elongation amount, and the required ignition energy calculation unit (E2) that calculates the required ignition energy (E2) from the reference ignition energy and the discharge efficiency. (74) The ignition control device.
点火プラグの火花ギャップに発生する火花放電は、例えば、内燃機関の燃焼室内に形成される気流によって伸び、周囲の混合気にエネルギが伝播して着火燃焼させる。この放電伸び量は、経年による火花ギャップの拡大に伴って大きくなり、火花ギャップから離れることで着火性が向上する。そのため、点火制御部は、内燃機関の運転状態に応じた基準点火エネルギを、点火エネルギ補正部において放電伸び量を基に補正し、実際の火花ギャップの状態に対応する必要点火エネルギを算出する。この必要点火エネルギに基づいて点火制御を行うことで、最適な点火エネルギを投入して、着火性を確保することができる。また、過剰なエネルギが投入されないので、点火プラグの消耗を抑制することができる。 The spark discharge generated in the spark gap of the spark plug is extended by, for example, the airflow formed in the combustion chamber of the internal combustion engine, and energy is propagated to the surrounding air-fuel mixture to ignite and burn. This discharge elongation amount increases as the spark gap expands over time, and the ignitability improves as the distance from the spark gap increases. Therefore, the ignition control unit corrects the reference ignition energy according to the operating state of the internal combustion engine based on the discharge elongation amount in the ignition energy correction unit, and calculates the required ignition energy corresponding to the actual spark gap state. By performing ignition control based on this required ignition energy, the optimum ignition energy can be input and the ignitability can be ensured. Moreover, since excessive energy is not input, consumption of the spark plug can be suppressed.
その結果、高い着火性による安定燃焼を維持できるので、リーン限界を向上させて燃費を低減し、プラグ消耗を抑制して耐久性を向上させる。以上のごとく、上記態様によれば、投入される点火エネルギを着火燃焼に必要な最適値に制御することによって、高効率化が可能な点火制御装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As a result, stable combustion due to high ignitability can be maintained, so that the lean limit is improved, fuel consumption is reduced, plug wear is suppressed, and durability is improved. As described above, according to the above aspect, it is possible to provide an ignition control device capable of improving efficiency by controlling the input ignition energy to an optimum value required for ignition combustion.
The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
（実施形態１）
点火制御装置に係る実施形態１について、図１〜図１４を参照して説明する。
図１において、点火制御装置１は、内燃機関に設けられる点火プラグＰの点火を制御する装置であり、電源部１１に接続され、一次コイル４１の電流の増減により二次コイル４２に点火エネルギを発生させる点火コイル４を備える。また、点火エネルギの投入により、火花ギャップＧに火花放電ＤＣを発生させる点火プラグＰと、点火プラグＰの点火動作を制御する点火制御部６が設けられ、点火制御部６は、点火エネルギ補正部７を備える。電源部１１は、バッテリ１０と昇圧回路２と補助電源３とを備える。点火プラグＰは、点火コイル４の二次コイル４２に接続されており、一次コイル４１には点火用開閉素子５が接続されている。
(Embodiment 1)
The first embodiment according to the ignition control device will be described with reference to FIGS. 1 to 14.
In FIG. 1, the
図２に示すように、点火プラグＰは、対向する中心電極Ｐ１と接地電極Ｐ２を備え、軸方向Ｘ（すなわち、図の上下方向）における両電極の先端間の空間を、火花ギャップＧとしている。ここでは、中心電極Ｐ１の先端に針状の電極チップを設けた構成としており、火花ギャップＧは、電極チップの先端面と、平面状の接地電極の対向面との間に設けられる。あるいは、接地電極Ｐ２の対向面に針状の電極チップを有する構成とすることもできる。燃焼室内において、火花ギャップＧに生起する火花放電ＤＣは、周囲の混合気流によって側方へ伸び、その放電伸び量Ｌは、火花ギャップＧの中点と火花放電ＤＣの先端との距離で定義される。 As shown in FIG. 2, the spark plug P includes a center electrode P1 and a ground electrode P2 that face each other, and the space between the tips of both electrodes in the axial direction X (that is, the vertical direction in the figure) is a spark gap G. .. Here, a needle-shaped electrode tip is provided at the tip of the center electrode P1, and the spark gap G is provided between the tip surface of the electrode tip and the facing surface of the flat ground electrode. Alternatively, it may be configured to have a needle-shaped electrode tip on the facing surface of the ground electrode P2. In the combustion chamber, the spark discharge DC generated in the spark gap G extends laterally due to the surrounding mixed air flow, and the discharge extension amount L is defined by the distance between the midpoint of the spark gap G and the tip of the spark discharge DC. To.
図３に示すように、内燃機関は、例えば、車両用ガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）であり、点火プラグＰは、エンジンＥの気筒Ｅ１内に設けられる燃焼室１０１に臨んでいる。点火プラグＰは、エンジンＥの各部を制御するエンジン用電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）１００に接続される。図１に示すように、点火制御部６は、ＥＣＵ１００の一部を構成しており、点火制御を行う。点火制御部６に設けられる点火エネルギ補正部７は、エンジンＥの運転状況に応じた基準点火エネルギＥ2baseを、火花ギャップＧにおける放電伸び量Ｌに応じて補正し、放電期間Ｔdcに投入される必要点火エネルギＥ2を算出する。
As shown in FIG. 3, the internal combustion engine is, for example, a gasoline engine for vehicles (hereinafter referred to as an engine), and the spark plug P faces the
具体的には、点火エネルギ補正部７は、一次コイル４１を流れる一次電圧Ｖ1を検出する一次電圧検出部としての一次電圧検出回路７１と、一次電圧Ｖ1から放電伸び量Ｌを推定する放電伸び量推定部７２と、推定された放電伸び量Ｌから放電効率ηを算出する放電効率算出部７３と、基準点火エネルギＥ2baseと放電効率ηとから必要点火エネルギＥ2を算出する必要点火エネルギ算出部７４とを備える。
Specifically, the ignition
点火制御部６は、算出された必要点火エネルギＥ2に基づいて、昇圧回路２の昇圧用ドライバ２２と点火用開閉素子５に、点火信号ＩＧｔを出力する。また、補助電源３の補助電源用ドライバ３１に、エネルギ投入期間信号ＩＧｗを出力する。これら指令信号により、点火プラグＰへの点火動作が行われる。まず、点火信号ＩＧｔにより点火用開閉素子５が駆動されると、点火コイル４に一次コイル４１と二次コイル４２の巻線比に応じた高電圧が発生し、点火プラグＰに火花放電ＤＣを発生可能となる。また、昇圧用ドライバ２２の駆動により昇圧回路２のキャパシタ２３に蓄えられたエネルギを、補助電源用ドライバ３１の駆動によって点火コイル４へ投入することができる。点火制御部６による点火制御の詳細については、後述する。
The
図３に示すエンジンＥの点火システムにおいて、燃焼室１０１には、スロットルバルブＴＨを介して吸気通路１０２に導入される空気と、燃料噴射弁ＩＮＪから噴射される燃料とが予混合された、混合気が導入される。燃焼室１０１は、気筒Ｅ１の内側を往復動するピストン１０４にて構成される。燃焼室１０１と吸気通路１０２及び排気通路１０３の間には、それぞれ吸気バルブＶin及び排気バルブＶexが設けられ、吸気通路１０２と排気通路１０３とは、図示しないＥＧＲバルブを備えるＥＧＲ通路にて連結される。ピストン１０４に連結されるクランク軸１０５には、クランク角センサＳ１が設けられ、吸気通路１０２には、吸気圧センサＳ２、吸気温センサＳ３及びエアフローセンサＳ４が設けられる。これらセンサＳ１〜Ｓ４の検出結果は、ＥＣＵ１００に入力される。
In the ignition system of the engine E shown in FIG. 3, in the
図４に示すように、ＥＣＵ１００には、さらに、図示しないアクセル開度センサＳ５の他、燃焼圧センサ、水温センサ、大気圧センサ等の各種センサが接続される。ＥＣＵ１００は、これら各種センサの検出結果から知られる、エンジンＥの運転状態に基づいて、最適なエンジン燃焼状態となるように、点火制御装置１を含むエンジン各部を制御する。具体的には、運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期で、燃料噴射弁ＩＮＪを駆動し、燃料噴射を制御する。また、スロットルバルブＴＨに連結されるＴＨアクチュエータや、ＥＧＲバルブのＥＧＲアクチュエータを駆動して、吸気量、ＥＧＲ量を制御する。
As shown in FIG. 4, in addition to the accelerator opening sensor S5 (not shown), various sensors such as a combustion pressure sensor, a water temperature sensor, and an atmospheric pressure sensor are further connected to the
以下に、点火制御装置１の構成について詳述する。図１において、点火コイル４は、一次コイル４１と二次コイル４２と整流素子４３とを備えている。一次コイル４１と二次コイル４２はコアを介して磁気結合されており、一次コイル４１への通電後、一次コイル４１を流れる一次電流Ｉ1が遮断されるときに、二次コイル４２に高い二次電圧Ｖ2（例えば、−２０〜−５０ｋＶ程度）が発生する。一次コイル４１は、両端のうちの一端が、電源部１１のバッテリ１０の正極側に接続され、両端のうちの他端は、点火用開閉素子５を介して接地される。バッテリ１０は、例えば、車載バッテリ等であり、１２Ｖ程度の端子電圧を有する直流電源が用いられる。バッテリ１０の負極は接地されている。
The configuration of the
二次コイル４２は、両端のうちの一端が、点火プラグＰに接続され、両端のうちの他端は、整流素子４３及び二次電流検出抵抗１２を介して接地されている。整流素子４３はダイオードで構成され、アノード側が二次コイル４２に接続し、カソード側が接地されるように設けられて、二次コイル４２に流れる二次電流Ｉ2を整流している。
One end of the
点火用開閉素子５には、公知のスイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（すなわち、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワートランジスタ（すなわち、図中のＰＴｒ2）が用いられる。点火用開閉素子５は、コレクタが一次コイル４１に接続され、エミッタが接地されており、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作する。点火用開閉素子５がオン状態となったときは、一次コイル４１から接地側への電流の流れが許容され、オフ状態となったときは、一次コイル４１から接地側への電流の流れが遮断される。
As the
電源部１１の昇圧回路２は、エネルギ蓄積用インダクタ２０と、昇圧用開閉素子２１と、昇圧用ドライバ２２と、キャパシタ２３と、第１整流素子２４とを備える。補助電源３は、昇圧回路２を含んで構成され、補助用開閉素子３０と、補助用ドライバ３１と、第２整流素子３２とを備えている。補助電源３は、補助用開閉素子３０のスイッチング動作により、昇圧回路２のキャパシタ２３に蓄積されたエネルギを、点火コイル４の一次コイル４１に投入する。
The
昇圧回路２は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、バッテリ電圧を昇圧してキャパシタ２３を充電する。エネルギ蓄積用インダクタ２０は、バッテリ１０に一次コイル４１と並列に接続されており、キャパシタ２３は、昇圧用開閉素子２１と第１整流素子２４を介して並列に接続されている。キャパシタ２３には、所定のキャパシタンスを有するコンデンサが用いられる。昇圧用開閉素子２１には、公知のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ（すなわち、電界効果型トランジスタ）等のパワートランジスタ（すなわち、図中のＰＴｒ1）が用いられる。昇圧用開閉素子２１は、ドレインがエネルギ蓄積用インダクタ２０に接続され、ソースが接地されており、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作する。
The
昇圧用開閉素子２１は、昇圧用ドライバ２２からの入力信号により駆動されて、エネルギ蓄積用インダクタ２０への電流の供給と遮断を所定の周期で切り換える。第１整流素子２４はダイオードで構成され、アノード側がエネルギ蓄積用インダクタ２０と昇圧用開閉素子２１の間に接続し、カソード側がキャパシタ２３に接続されて、エネルギ蓄積用インダクタ２０からの電流を整流している。
The boosting
補助用開閉素子３０は、公知のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタであり、ドレインがエネルギ蓄積用インダクタ２０と昇圧用開閉素子２１の間に接続され、ソースが一次コイル４１と点火用開閉素子５との間に接続されている。補助用開閉素子３０は、ゲートへ入力される信号に基づきスイッチング動作し、オン状態のとき、補助電源３から一次コイル４１側への電流の流れを許容し、オフ状態のとき、補助電源３から一次コイル４１側への電流の流れを遮断する。第２整流素子３２はダイオードで構成され、アノード側が補助用開閉素子３０のソースに接続し、カソード側が一次コイル４１と点火用開閉素子５との間に接続されて、補助電源３から投入される電流を整流している。
The
補助用開閉素子３０は、補助用ドライバ３１からの入力信号により駆動されて、キャパシタ２３から点火コイル４の一次コイル４１と点火用開閉素子２１との接続点へのエネルギの投入と停止とを所定の周期で切り換える。これにより、補助電源３は、昇圧回路２によって昇圧されキャパシタ２３に蓄積されたエネルギを、一次コイル４１の接地側へ重畳的に投入することができる。すなわち、二次コイル４２に発生した二次電圧Ｖ2を点火プラグＰに印加して火花放電させ、その放電期間Ｔdc中に、さらに補助電源３からエネルギを投入して、二次コイル４２に流れる二次電流Ｉ2を増加することができる。
The auxiliary opening /
ここで、図５に示すように、火花ギャップＧに発生する火花放電ＤＣの放電伸び量Ｌ（単位：ｍｍ）は、火花ギャップＧの大きさ（単位：ｍｍ）に比例して大きくなる。また、燃焼室１０１内の気流の流速を変更したとき(例えば、筒内流速：１５ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ)、流速が大きいほど、放電伸び量Ｌは大きくなる。これに伴い、電流値が大きく設定され（例えば、二次電流値：１２０ｍＡ、２００ｍＡ、２５０ｍＡ）、放電期間Ｔdc（例えば、４ｍｓ）に投入される点火エネルギが大きくなる（例えば、二次エネルギ：２４０ｍＪ、４００ｍＪ、５００ｍＪ）。つまり、放電伸び量Ｌが大きいほど、火花放電ＤＣの吹き消えが抑制され、着火性が向上する。なお、エンジンＥの負荷条件は同じであり（すなわち、４気筒２．５Ｌエンジン、負荷０．５ＭＰａ）、点火プラグＰは、中心電極Ｐ１及び接地電極Ｐ２の両方に電極チップを有するタイプを用いた。
Here, as shown in FIG. 5, the discharge elongation amount L (unit: mm) of the spark discharge DC generated in the spark gap G increases in proportion to the size (unit: mm) of the spark gap G. Further, when the flow velocity of the airflow in the
近年、エンジンＥの高効率化のために、高ＥＧＲ、リーン燃焼が進められており、混合気流が高流速となる傾向にある。この場合、図５より、流速が大きいほど高効率となるため、エンジンＥの燃焼に必要な点火エネルギは小さくなる。あるいは、同じ点火エネルギで、空燃比（すなわち、Ａ／Ｆ）をよりリーン側とすることができる。同様に図５より、火花ギャップＧの大きさ、すなわち放電伸び量Ｌが大きいほど、必要な点火エネルギは小さくなる、あるいは、空燃比を大きくすることができる。この関係を図６に示すと、縦軸のリーン限界Ａ／Ｆ、すなわちリーン燃焼が可能な空燃比は、横軸の放電期間Ｔdc、すなわち点火エネルギの拡大と共に大きくなる。また、放電伸び量Ｌが変化すると(例えば、平均放電伸び量Ｌ５．８ｍｍ、６．１ｍｍ、６．５ｍｍ)、リーン限界Ａ／Ｆも変化する。 In recent years, in order to improve the efficiency of the engine E, high EGR and lean combustion have been promoted, and the mixed airflow tends to have a high flow velocity. In this case, as shown in FIG. 5, the higher the flow velocity, the higher the efficiency, so that the ignition energy required for combustion of the engine E becomes smaller. Alternatively, with the same ignition energy, the air-fuel ratio (that is, A / F) can be set to the leaner side. Similarly, from FIG. 5, as the size of the spark gap G, that is, the discharge elongation amount L is larger, the required ignition energy can be reduced or the air-fuel ratio can be increased. When this relationship is shown in FIG. 6, the lean limit A / F on the vertical axis, that is, the air-fuel ratio at which lean combustion is possible increases with the discharge period Tdc on the horizontal axis, that is, the expansion of the ignition energy. Further, when the discharge elongation amount L changes (for example, the average discharge elongation amount L 5.8 mm, 6.1 mm, 6.5 mm), the lean limit A / F also changes.
このとき、放電伸び量Ｌが大きいほど、リーン限界Ａ／Ｆも大きくなり、放電期間Ｔdcの拡大と共に急増した後、徐々に収束する。そのときリーン限界Ａ／Ｆが最大となる点は、放電伸び量Ｌが大きいほど、放電期間Ｔdcが長くなる側にシフトしている。放電期間Ｔdcがさらに長くなると、リーン限界Ａ／Ｆはむしろ低下する。言い換えれば、放電伸び量Ｌに応じた最適な放電期間Ｔdcが存在し、それ以上のエネルギを投入しても、リーン限界Ａ／Ｆの向上に寄与しない。また、所定のリーン限界Ａ／Ｆとするために必要な放電期間Ｔdcは、放電伸び量Ｌによって変化し、放電伸び量Ｌが大きくなるほど、放電期間Ｔdcを短縮又は点火エネルギを低減可能となる。 At this time, the larger the discharge elongation amount L, the larger the lean limit A / F, which rapidly increases with the expansion of the discharge period Tdc and then gradually converges. At that time, the point where the lean limit A / F is maximized is shifted to the side where the discharge extension amount L becomes longer and the discharge period Tdc becomes longer. As the discharge period Tdc becomes longer, the lean limit A / F rather decreases. In other words, there is an optimum discharge period Tdc according to the discharge elongation amount L, and even if more energy is applied, it does not contribute to the improvement of the lean limit A / F. Further, the discharge period Tdc required to obtain the predetermined lean limit A / F changes depending on the discharge elongation amount L, and as the discharge elongation amount L increases, the discharge period Tdc can be shortened or the ignition energy can be reduced.
図７に示すように、複数の空燃比条件において、火花ギャップＧと二次コイル４２側で発生する二次エネルギの関係を調べたところ、火花ギャップＧの拡大に伴い、燃焼に必要な二次エネルギは小さくなることが判明した。特に、理論空燃比（すなわち、ストイキＡ／Ｆ１４．７）よりリーン側の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ２６．７〜２７．４）では、空燃比が大きくなるほど、二次エネルギの低減幅が大きくなる。つまり、空燃比２７．４までのエンジン運転を可能とするためには、火花ギャップＧが１．１ｍｍでは８００ｍＪ程度の放電エネルギが必要となるのに対して、火花ギャップＧが１．２ｍｍでは６００ｍＪ程度、１．３ｍｍでは４５０ｍｌ程度でよいことがわかる。
As shown in FIG. 7, when the relationship between the spark gap G and the secondary energy generated on the
したがって、エンジンＥの運転時間の経過に伴う火花ギャップＧの拡大に合わせて、投入するエネルギを可変させることにより、最小限の点火エネルギで効率よく放電を維持できる。具体的には、火花ギャップＧの大きさと相関がある放電伸び量Ｌを、一次コイル４１の一次電圧Ｖ1との関係を用いて推定することができる。図８に示すように、放電伸び量Ｌの大きさ（単位：ｍｍ）は、一次コイル４１の一次電圧Ｖ1（単位：Ｖ）に比例して大きくなるので、一次電圧検出回路７１の検出結果から、放電伸び量Ｌの大きさを知ることができる。一次電圧検出回路７１は、例えば、公知のピークホールド回路であり、火花放電ＤＣに伴う一次電圧Ｖ1のピーク値を保持する。
Therefore, by varying the input energy according to the expansion of the spark gap G with the lapse of the operating time of the engine E, the discharge can be efficiently maintained with the minimum ignition energy. Specifically, the discharge elongation amount L, which correlates with the magnitude of the spark gap G, can be estimated using the relationship with the primary voltage V1 of the
また、図９に示すように、放電伸び量Ｌと放電効率ηには相関があり、さらに、エンジンＥの負荷に応じて変化する。このとき、放電効率ηは、火花ギャップＧへの投入エネルギＥgapと、混合気への伝熱エネルギＥgasの比率：Ｅgas／Ｅgapで表され、点火プラグＰの電極Ｐ１、Ｐ２間における冷損が大きいほど、放電効率ηは低下する。具体的には、負荷が一定のとき、投入される点火エネルギに対する放電効率η（単位：％）は、放電伸び量Ｌが大きくなるにつれて向上する。また、エンジンＥの負荷が変化したとき（例えば、０．２ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．８ＭＰａ）、負荷が大きくなるほど、放電効率ηは向上する。 Further, as shown in FIG. 9, there is a correlation between the discharge elongation amount L and the discharge efficiency η, and further, it changes according to the load of the engine E. At this time, the discharge efficiency η is represented by the ratio of the input energy Egap to the spark gap G and the heat transfer energy Egas to the air-fuel mixture: Egas / Egap, and the cold loss between the electrodes P1 and P2 of the spark plug P is large. The more the discharge efficiency η decreases. Specifically, when the load is constant, the discharge efficiency η (unit:%) with respect to the input ignition energy improves as the discharge elongation amount L increases. Further, when the load of the engine E changes (for example, 0.2 MPa, 0.5 MPa, 0.8 MPa), the larger the load, the higher the discharge efficiency η.
この関係を用いて、放電伸び量Ｌから放電効率ηを算出し、この放電効率ηと、エンジンＥの運転状態に応じて決定される基本点火エネルギＥ2baseとを用いて、必要点火エネルギＥ2を算出することができる。具体的には、放電伸び量Ｌが大きくなり、放電効率ηが大きくなるほど、必要点火エネルギＥ2が小さくなるようにする。この必要点火エネルギＥ2を満たすように、放電期間Ｔdcに投入されるエネルギを可変制御することで、高効率化が可能になる。その結果、燃費が向上し点火プラグＰの消耗を抑制することができる。 Using this relationship, the discharge efficiency η is calculated from the discharge elongation amount L, and the required ignition energy E2 is calculated using this discharge efficiency η and the basic ignition energy E2base determined according to the operating state of the engine E. can do. Specifically, as the discharge elongation amount L increases and the discharge efficiency η increases, the required ignition energy E2 decreases. High efficiency can be achieved by variably controlling the energy input to the Tdc during the discharge period so as to satisfy the required ignition energy E2. As a result, fuel efficiency is improved and consumption of the spark plug P can be suppressed.
次に、点火制御装置１の作動について、図１０のタイムチャートを参照しながら説明する。ここでは、横軸の時間軸を共通として、（ａ）点火信号ＩＧｔ、（ｂ）エネルギ投入期間信号ＩＧｗ、（ｃ）昇圧用開閉素子２１（すなわち、ＰＴｒ1）、（ｄ）点火用開閉素子５（すなわち、ＰＴｒ2）、（ｅ）一次電流Ｉ1、（ｆ）一次電圧Ｖ1、（ｇ）二次電圧Ｖ2、（ｈ）二次電流Ｉ2、（ｉ）必要点火エネルギＥ2について、それぞれの時間変化を示している。
Next, the operation of the
点火制御部６は、上記した各種センサの検出値から知られるエンジンＥの運転状態に応じて、点火信号ＩＧｔを生成し、所定のタイミングで、昇圧回路２及び点火用開閉素子５に出力する。また、エネルギ投入期間信号ＩＧｗを生成し、所定のタイミングで、補助電源３に出力する。まず、図１０の時刻ｔ１にて点火信号ＩＧｔがハイレベル（すなわち、図中のＨ）に立ち上がると、点火信号ＩＧｔがローレベル（すなわち、図中のＬ）に立ち下がる時刻ｔ２までの間、点火用開閉素子５がオンとなる。これにより、一次コイル４１に一次電流Ｉ1が通電される。
The
また、点火信号ＩＧｔがハイレベルとなっている間に、昇圧用ドライバ２２から昇圧用開閉素子２１に駆動パルスが印加される。これにより、所定の期間、所定の周期で昇圧用開閉素子２１のオンオフが切り換えられる。この間はエネルギ投入期間信号ＩＧｗはローレベルであり、補助電源３は駆動されないので、キャパシタ２３の電圧はステップ状に上昇し、昇圧用開閉素子２１のオンオフ回数に応じたエネルギが蓄積される。
Further, while the ignition signal IGt is at a high level, a drive pulse is applied from the boosting
時刻ｔ２にて点火信号ＩＧｔがローレベルになると、点火用開閉素子５がオフとなり、一次コイル４１の一次電流Ｉ1が遮断される。このとき、一次コイル４１に自己誘電作用による一次電圧Ｖ1が発生し、二次コイル４２の二次電圧Ｖ2が上昇する。この二次電圧Ｖ2が、点火プラグ７の火花ギャップＧに印加されて、火花放電ＤＣが発生し、二次コイル４２に二次電流Ｉ2が流れる。
When the ignition signal IGt becomes low level at time t2, the ignition opening /
その後、所定のディレイ時間ＴＤが経過した時刻ｔ３にて、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがハイレベルに立ち上がると、補助用ドライバ３１から補助用開閉素子３０に駆動パルスが印加される。これにより、所定のエネルギ投入期間Ｔｗの間、所定の周期で補助用開閉素子３０のオンオフが切り換えられ、一次コイル４１の接地側に、キャパシタ２３に蓄積されたエネルギが投入される。この投入エネルギによる一次コイル４１の通電に伴い、一次電流Ｉ1が流れ、二次コイル４２の二次電流Ｉ2が重畳される。これにより、時刻ｔ２で放電が開始してから時刻ｔ４で終了するまでの放電期間Ｔdcの間、放電を継続するためのエネルギを効率よく投入することができる。
After that, when the energy input period signal IGw rises to a high level at the time t3 when the predetermined delay time TD elapses, a drive pulse is applied from the auxiliary driver 31 to the auxiliary opening /
ここで、図中に実線で示すエネルギ投入期間Ｔｗと、これを含む放電期間Ｔdcに点火プラグ７に投入される必要点火エネルギＥ2は、点火プラグＰの消耗が小さい初期に適合させたものであり、例えば、基準点火エネルギＥ2baseとほぼ同等とすることができる。基準点火エネルギＥ2baseは、火花ギャップＧの初期値に適合するように決定された値であり、一般に、点火コイル４の二次電圧Ｖ2及び二次電流Ｉ2と、点火プラグＰに内蔵される抵抗体の抵抗値である、内蔵抵抗値Ｒ1を用いて、下記式１で表される。
式１：Ｅ2base＝∫（Ｖ2−Ｒ1・Ｉ2）・Ｉ2ｄｔ
式中、（Ｖ2−Ｒ1・Ｉ2）は、火花ギャップＧに実際に印加される電圧であり、基準点火エネルギＥ2baseは、この電圧と二次電流Ｉ2との積を時間ｔ（例えば、放電期間Ｔdc：時刻ｔ２〜時刻ｔ４）について積分した値として与えられる。
Here, the energy input period Tw shown by the solid line in the figure and the required ignition energy E2 applied to the
Equation 1: E2base = ∫ (V2-R1, I2) ・ I2dt
In the equation, (V2-R1 · I2) is the voltage actually applied to the spark gap G, and the reference ignition energy E2base is the product of this voltage and the secondary current I2 over time t (for example, discharge period Tdc). : It is given as an integrated value for time t2 to time t4).
一方、図中に点線で示すエネルギ投入期間Ｔｗと必要点火エネルギＥ2は、消耗が進んだ点火プラグＰに適合させたものである。上述したように、火花ギャップＧが経年変化により拡大していくと、放電伸び量Ｌが大きくなり着火性が向上する。これに伴い、上記図６に示したように、必要点火エネルギＥ2は減少することになる。 On the other hand, the energy input period Tw and the required ignition energy E2 shown by the dotted lines in the figure are adapted to the spark plug P whose consumption has progressed. As described above, when the spark gap G expands due to aging, the discharge elongation amount L increases and the ignitability improves. Along with this, as shown in FIG. 6 , the required ignition energy E2 is reduced.
具体的には、放電期間Ｔdcは一定としたまま、図中に点線で示すように、エネルギ投入期間Ｔｗを短縮する。すなわち、必要点火エネルギＥ2が減少するほど、ディレイ時間ＴＤを長くして、補助電極３からのエネルギ投入の開始を、時刻ｔ３から時刻ｔ３１に遅らせる。これにより、放電期間Ｔdc中にエネルギが追加投入されるタイミングが遅くなり、初期に適合させた値よりエネルギ密度が低下する。補助電極３からのエネルギ投入が開始されると、エネルギ密度が上昇する。このように、放電期間Ｔdcに対してエネルギ投入期間Ｔｗを可変させることで、火花ギャップＧの変化に応じた、所望の必要点火エネルギＥ2を投入することができる。
Specifically, the energy input period Tw is shortened as shown by the dotted line in the figure while keeping the discharge period Tdc constant. That is, as the required ignition energy E2 decreases, the delay time TD is lengthened to delay the start of energy input from the
このとき、点火制御部６で実行される点火制御処理を、図１１のフローチャートを用いて説明する。図１１において、点火制御処理が開始されると、まず、ステップＳ１において、上記図３に示した各種センサの検出結果から知られるエンジン運転状態に基づいて、エンジンＥの要求トルクを算出する。要求トルクは、クランク角センサＳ１の検出値に基づいて取得されるエンジン回転速度や、アクセル開度センサＳ２にて検出されるアクセル開度を用い、予め記憶したマップ等を参照して算出することができる。
At this time, the ignition control process executed by the
ステップＳ２では、点火プラグＰの点火時期と、基準点火エネルギＥ2baseを決定する。点火時期は、ステップＳ１で算出された要求トルクに基づく負荷と、その他のエンジン運転状態に応じた最適な点火時期となるように、マップ等を参照して算出することができる。上述したように、基準点火エネルギＥ2baseは、火花ギャップＧの拡大が考慮されない初期の点火プラグＰを備えるエンジンＥに適合するように、エンジン運転状態ごとに決定された点火エネルギ値であり、同様に、マップ等を参照して算出することができる。 In step S2, the ignition timing of the spark plug P and the reference ignition energy E2base are determined. The ignition timing can be calculated with reference to a map or the like so that the load based on the required torque calculated in step S1 and the optimum ignition timing according to other engine operating conditions are obtained. As described above, the reference ignition energy E2base is an ignition energy value determined for each engine operating state so as to be compatible with the engine E provided with the initial spark plug P in which the expansion of the spark gap G is not considered, and similarly. , Map, etc. can be used for calculation.
ステップＳ３では、基準点火エネルギＥ2baseを、火花ギャップＧの拡大を考慮した放電効率ηを用いて補正することで、必要点火エネルギＥ2を算出する。具体的には、図１２に示すように、まず、ステップＳ３１で基準点火エネルギＥ2baseを読み込み、次に、ステップＳ３２で放電効率ηを読み込む。ここで、放電効率ηは、後述するステップ８において算出される値であり、前回の点火制御処理時に、放電伸び量Ｌに基づいて算出された値が予め記憶されている。上記図９に示したように、火花ギャップＧの拡大に伴い、放電伸び量Ｌが大きくなり着火性が向上することから、例えば、放電伸び量Ｌが大きいほど、放電効率ηが大きくなるように設定される。
In step S3, the required ignition energy E2 is calculated by correcting the reference ignition energy E2base using the discharge efficiency η in consideration of the expansion of the spark gap G. Specifically, as shown in FIG. 12, first, the reference ignition energy E2base is read in step S31, and then the discharge efficiency η is read in step S32 . Here, the discharge efficiency η is a value calculated in
次いで、ステップＳ３３で、これら基準点火エネルギＥ2baseと放電効率ηとを用い、放電効率ηの向上によるエネルギの余剰分を考慮して、必要点火エネルギＥ2を算出する。すなわち、必要点火エネルギＥ2は、基準点火エネルギＥ2baseと放電効率ηの関数ｆ（Ｅ2base,η）として表される。
上述したように、火花ギャップＧの拡大に伴い、初期よりも放電効率ηが大きくなると電極間における損失が小さくなるために、実際に必要な点火エネルギは減少する。例えば、基準点火エネルギＥ2baseに対応する初期放電効率がη0であるとき、向上した放電効率ηとの比に応じて、下記式２のように、必要点火エネルギＥ2を小さくすることができる。
式２：Ｅ2＝Ｅ2base×（η0／η）；ただし、η＞η0
Next, in step S33, the required ignition energy E2 is calculated by using the reference ignition energy E2base and the discharge efficiency η and considering the surplus energy due to the improvement of the discharge efficiency η. That is, the required ignition energy E2 is expressed as a function f (E2base, η) of the reference ignition energy E2base and the discharge efficiency η.
As described above, as the spark gap G expands, when the discharge efficiency η becomes larger than the initial value, the loss between the electrodes becomes smaller, so that the actually required ignition energy decreases. For example, when the initial discharge efficiency corresponding to the reference ignition energy E2base is η0, the required ignition energy E2 can be reduced as shown in the
Equation 2: E2 = E2base × (η0 / η); where η> η0
さらに、ステップＳ４で、算出された必要点火エネルギＥ2に基づいて、エネルギ投入期間Ｔｗが決定される。これらに応じて、点火信号ＩＧｔがハイレベルとなる点火用開閉素子５のオン時間、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがハイレベルとなる補助用開閉素子３０のオン時間、ディレイ時間ＴＤが算出される。このとき、上記したように、放電期間Ｔdcは一定であり、ディレイ時間ＴＤが長くなって、エネルギ投入期間Ｔｗが短くなることで、放電期間Ｔdcに投入される総エネルギを減少させるように設定する。
Further, in step S4, the energy input period Tw is determined based on the calculated required ignition energy E2. According to these, the on-time of the ignition opening /
そして、ステップＳ５で、所定のタイミングで点火信号ＩＧｔを発信し、点火用開閉素子５をオンすると共に、昇圧回路２の昇圧用開閉素子２１をオンとする。これにより、一次コイル４１が通電されると共に、昇圧回路２のキャパシタ２３にエネルギが蓄積される。次いで、ステップＳ６で、点火信号ＩＧｔがローレベルとなって点火用開閉素子５がオフされると、一次電流Ｉ1が遮断されて二次コイル４２に発生する高い二次電圧Ｖ2が、点火プラグＰに印加されて火花放電ＤＣが開始される。
Then, in step S5, the ignition signal IGt is transmitted at a predetermined timing to turn on the ignition opening /
その後、ステップＳ７で、所定のディレイ時間ＴＤが経過したか否かを判定し、肯定判定されたらステップＳ８へ進む。否定判定された場合は、肯定判定されるまで、ステップＳ７を繰り返す。ステップＳ８では、放電効率ηの更新処理を行い、また、ステップＳ９へ進んで、エネルギ投入期間信号ＩＧｗをハイレベルとし、補助用開閉素子３０をオンして、補助電源３からのエネルギ投入を開始する。所定のエネルギ投入期間Ｔｗが経過したら、ステップＳ１０へ進んで、エネルギ投入期間信号ＩＧｗをローレベルとし、補助用開閉素子３０をオフして、この処理を一旦終了する。
After that, in step S7, it is determined whether or not the predetermined delay time TD has elapsed, and if affirmative determination is made, the process proceeds to step S8. If a negative determination is made, step S7 is repeated until an affirmative determination is made. In step S8, the discharge efficiency η is updated, and the process proceeds to step S9 to set the energy input period signal IGw to a high level, turn on the auxiliary opening /
図１３に示すように、ステップＳ８の放電効率ηの更新処理では、基準点火エネルギＥ2baseを算出するための放電効率ηを、エネルギ投入を開始する前の一次電圧Ｖ1に基づいて算出する。まず、ステップＳ８１では、点火用開閉素子５がオフとなった後、補助用開閉素子３０がオンとなってエネルギ投入を開始するまでの間、すなわちディレイ時間ＴＤの間に、一次電圧検出回路７１にて一次電圧Ｖ1のピーク値を検出する。続くステップＳ８２では、一次電圧Ｖ1のピーク値に基づいて、放電伸び量Ｌを推定する。
As shown in FIG. 13, in the discharge efficiency η update process in step S8, the discharge efficiency η for calculating the reference ignition energy E2base is calculated based on the primary voltage V1 before the start of energy input. First, in step S81, after the
上述した図８に示したように、一次電圧Ｖ1と放電伸び量Ｌには相関があり、一次電圧Ｖ1が大きいほど放電伸び量Ｌは長くなる。図１４に波形例を示すように、時刻０で点火用開閉素子５がオフとなることにより、一次電圧Ｖ1が上昇した後急減し、再び徐々に上昇する。このとき、二次コイル４２に発生する二次電圧Ｖ2及び二次電流Ｉ2が徐々に上昇し、放電電圧に達すると火花ギャップＧに放電が発生して、二次電圧Ｖ2及び二次電流Ｉ2が急減する（すなわち、図中の時刻ｔ）。一次コイル４１に発生する一次電圧Ｖ1にも同様の増減が見られるので、そのピーク値を検出することで、放電伸び量Ｌを推定することができる。
As shown in FIG. 8 described above, there is a correlation between the primary voltage V1 and the discharge elongation amount L, and the larger the primary voltage V1, the longer the discharge elongation amount L. As shown in FIG. 14 as a waveform example, when the
ステップＳ８３では、上述した図９に示した関係を用いて、放電伸び量Ｌとエンジン負荷等から、放電効率ηを算出する。放電伸び量Ｌは、軸方向Ｘの電極間距離である火花ギャップＧの大きさに対応しており、放電伸び量Ｌが大きいほど放電効率ηは大きな値となる。これは、火花ギャップＧが拡大して放電が伸びやすくなると、放電が火花ギャップＧを形成する電極から離れて、熱損失が減少するためである。 In step S83, the discharge efficiency η is calculated from the discharge elongation amount L, the engine load, and the like, using the relationship shown in FIG. 9 described above. The discharge elongation amount L corresponds to the size of the spark gap G, which is the distance between the electrodes in the axial direction X, and the larger the discharge elongation amount L, the larger the discharge efficiency η. This is because when the spark gap G expands and the discharge becomes easy to extend, the discharge separates from the electrode forming the spark gap G and the heat loss decreases.
ステップＳ８４では、このようにして算出した放電効率ηを、前回値として記憶されていた放電効率ηと置き換えて、放電効率ηを更新し、この処理を終了する。これにより、放電効率ηを火花ギャップＧの変化に応じて随時更新され、更新された放電効率ηを用いて必要点火エネルギＥ2を算出することができる。したがって、運転状態に応じて算出される所定の放電期間Ｔdcの間に投入されるエネルギを減少させて、火花放電ＤＣを維持しながら、より高効率な火花点火が実現できる。 In step S84, the discharge efficiency η calculated in this way is replaced with the discharge efficiency η stored as the previous value, the discharge efficiency η is updated, and this process ends. As a result, the discharge efficiency η is updated at any time according to the change in the spark gap G, and the required ignition energy E2 can be calculated using the updated discharge efficiency η. Therefore, it is possible to realize more efficient spark ignition while maintaining the spark discharge DC by reducing the energy input during the predetermined discharge period Tdc calculated according to the operating state.
なお、経年による火花ギャップＧの変化は、徐々に拡大する方向に、極めてゆっくりと進むので、ステップＳ８で算出した放電効率ηを更新値として、次回の点火制御処理に用いることで、十分制御性よく点火制御処理を実施することができる。また、必ずしも点火制御処理を実施する度に放電効率ηを算出しなくてもよい。その場合は、例えば、所定の点火回数ごとに放電効率ηを算出する処理を実施するようにしてもよい。 Since the change of the spark gap G with aging progresses extremely slowly in the direction of gradually expanding, sufficient controllability can be obtained by using the discharge efficiency η calculated in step S8 as an update value for the next ignition control process. The ignition control process can be performed well. Further, it is not always necessary to calculate the discharge efficiency η each time the ignition control process is performed. In that case, for example, a process of calculating the discharge efficiency η may be performed for each predetermined number of ignitions.
（実施形態２）
点火制御装置１に係る実施形態２について、図１５〜図１７を参照して説明する。
上記実施形態１では、点火プラグＰに火花ギャップＧの変化に応じた必要点火エネルギＥ2を投入するために、一定の放電期間Ｔdcに補助電源３から投入されるエネルギを可変させたが、これに限らず、放電期間Ｔdcを可変させることもできる。電源部１１、点火コイル４、点火制御部６を含む装置の基本構成は、上記実施形態１と同様であり、説明を省略する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Embodiment 2)
The second embodiment according to the
In the first embodiment, in order to input the required ignition energy E2 according to the change of the spark gap G to the spark plug P, the energy input from the
In addition, among the codes used in the second and subsequent embodiments, the same codes as those used in the above-described embodiments represent the same components and the like as those in the above-mentioned embodiments, unless otherwise specified.
図１５に示すように、複数の空燃比条件を満足する火花ギャップＧと放電期間Ｔdcの関係を調べたところ、火花ギャップＧの拡大に伴い、必要な放電期間Ｔdcは小さくなることが判明した。特に、理論空燃比（すなわち、ストイキＡ／Ｆ１４．７）よりリーン側の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ２６．７〜２７．４）では、空燃比が大きくなるほど、必要な放電期間Ｔdcは小さくなる。例えば、空燃比２７．４までのエンジン運転を可能とするためには、火花ギャップＧが１．１ｍｍでは５．５ｍｓ程度の放電期間Ｔdcが必要となるのに対して、火花ギャップＧが１．２ｍｍでは５ｍｓ程度、１．３ｍｍでは３ｍｓ程度に減少する。つまり、エンジンＥの運転時間の経過に伴う火花ギャップＧの拡大に合わせて、放電期間Ｔdcを可変させることで、最小限の点火エネルギでより効率よく放電を維持できる。 As shown in FIG. 15, when the relationship between the spark gap G satisfying the plurality of air-fuel ratio conditions and the discharge period Tdc was investigated, it was found that the required discharge period Tdc became smaller as the spark gap G expanded. In particular, at the air-fuel ratio (for example, A / F26.7 to 27.4) on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio (that is, stoichiometric A / F14.7), the larger the air-fuel ratio, the smaller the required discharge period Tdc. .. For example, in order to enable engine operation with an air-fuel ratio of up to 27.4, a discharge period Tdc of about 5.5 ms is required when the spark gap G is 1.1 mm, whereas the spark gap G is 1. It decreases to about 5 ms at 2 mm and to about 3 ms at 1.3 mm. That is, by varying the discharge period Tdc according to the expansion of the spark gap G with the passage of the operating time of the engine E, the discharge can be maintained more efficiently with the minimum ignition energy.
この場合の点火制御装置１の作動について、図１６のタイムチャートを参照しながら説明する。本形態において、放電期間Ｔdcを短縮させる場合には、図中に実線で示す点火信号ＩＧｔのオン期間に対して、点線で示すように点火信号ＩＧｔのオン期間を短縮することができる。また、ディレイ時間ＴＤは一定とし、必要点火エネルギＥ2を満たすように、エネルギ投入期間Ｔｗを短縮させる。具体的には、図１６において、点火信号ＩＧｔがハイレベルに立ち上がる時刻ｔ１を、時刻ｔ１１に遅らせる。点火信号ＩＧｔがローレベルに立ち下がる時刻ｔ２は一定とする。
The operation of the
これにより、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの間、点火用開閉素子５がオンとなり、一次コイル４１に一次電流Ｉ1が通電される。また、点火信号ＩＧｔがハイレベルとなっている間に、昇圧用ドライバ２２から昇圧用開閉素子２１に駆動パルスが印加される。これにより、点線で示されるように、より短い所定の期間、所定の周期で昇圧用開閉素子２１のオンオフが切り換えられる。この間、エネルギ投入期間信号ＩＧｗはローレベルであり、補助電源３は駆動されない。キャパシタ２３の電圧はステップ状に上昇し、昇圧用開閉素子２１のオンオフ回数に応じたエネルギが蓄積される。
As a result, the ignition opening /
時刻ｔ２にて点火信号ＩＧｔがローレベルになると、点火用開閉素子５がオフとなり、一次コイル４１の一次電流Ｉ1が遮断される。このとき、一次コイル４１に自己誘電作用による一次電圧Ｖ1が発生し、二次コイル４２の二次電圧Ｖ2が上昇する。この二次電圧Ｖ2が、点火プラグ７の火花ギャップＧに印加されて、火花放電ＤＣが発生し、二次コイル４２に二次電流Ｉ2が流れる。
When the ignition signal IGt becomes low level at time t2, the ignition opening /
その後、所定のディレイ時間ＴＤが経過した時刻ｔ３にて、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがハイレベルに立ち上がると、補助用ドライバ３１から補助用開閉素子３０に駆動パルスが印加される。これにより、点線で示されるように、より短い所定のエネルギ投入期間Ｔｗの間、所定の周期で補助用開閉素子３０のオンオフが切り換えられ、一次コイル４１の接地側に、キャパシタ２３に蓄積されたエネルギが投入される。この投入エネルギによる一次コイル４１の通電に伴い、一次電流Ｉ1が流れ、二次コイル４２の二次電流Ｉ2が重畳される。これにより、時刻ｔ２で放電が開始してから時刻ｔ４１で終了するまでの放電期間Ｔdcの間、放電を継続するためのエネルギを効率よく投入することができる。
After that, when the energy input period signal IGw rises to a high level at the time t3 when the predetermined delay time TD elapses, a drive pulse is applied from the auxiliary driver 31 to the auxiliary opening /
このとき、点火制御部６で実行される点火制御処理を、図１７のフローチャートを用いて説明する。図１７のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３では、エンジンＥの運転状態と点火プラグＰの放電伸び量Ｌに対して必要点火エネルギＥ2が算出される。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理は、上記実施形態１のステップＳ１〜ステップＳ３の処理と同じであり、詳細な説明を省略する。
At this time, the ignition control process executed by the
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出された必要点火エネルギＥ2に基づいて、放電期間Ｔdcが算出される。これに応じて、点火信号ＩＧｔがハイレベルとなる点火用開閉素子５のオン時間、エネルギ投入期間信号ＩＧｗがハイレベルとなる補助用開閉素子３０のオン時間、目標放電回数が決定される。このとき、上記した図１６に点線で示すように、ディレイ時間ＴＤは一定であり、エネルギ投入期間Ｔｗが短くなることで、短縮された放電期間Ｔdcに投入される総エネルギを減少させるように設定する。
In step S104, the discharge period Tdc is calculated based on the required ignition energy E2 calculated in step S103. According to this, the on-time of the ignition opening /
そして、ステップＳ１０５で、所定のタイミングで点火信号ＩＧｔを発信し、点火用開閉素子５をオンすると共に、昇圧回路２の昇圧用開閉素子２１をオンとする。これにより、一次コイル４１が通電されると共に、昇圧回路２のキャパシタ２３にエネルギが蓄積される。次いで、ステップＳ１０６で、点火信号ＩＧｔがローレベルとなって点火用開閉素子５がオフされると、一次電流Ｉ1が遮断されて二次コイル４２に発生する高い二次電圧Ｖ2が、点火プラグＰに印加されて火花放電ＤＣが開始される。
Then, in step S105, the ignition signal IGt is transmitted at a predetermined timing to turn on the ignition opening /
その後、ステップＳ１０７で、所定のディレイ時間ＴＤが経過したらステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、放電効率ηの更新処理を行い、また、ステップＳ１０９へ進んで、エネルギ投入期間信号ＩＧｗをハイレベルとし、補助電源３からのエネルギ投入を開始する。ステップＳ１０８の処理は、上記実施形態１のステップＳ８の処理と同じであり、説明を省略する。所定のエネルギ投入期間Ｔｗが経過したら、ステップＳ１１０へ進んで、エネルギ投入期間信号ＩＧｗをローレベルとし、補助用開閉素子３０をオフする。
After that, in step S107, when the predetermined delay time TD has elapsed, the process proceeds to step S108. In step S108, the discharge efficiency η is updated, and the process proceeds to step S109 to set the energy input period signal IGw to a high level and start energy input from the
このように、点火信号ＩＧｔのオン期間が可変されることで、必要点火エネルギＥ2を満たす放電期間Ｔｄｃになるようにしても、同様の効果が得られ、高効率な火花点火が実現できる。 By varying the on period of the ignition signal IGt in this way, the same effect can be obtained even if the discharge period Tdc satisfies the required ignition energy E2, and highly efficient spark ignition can be realized.
（実施形態３）
点火制御装置１に係る実施形態３について、図１８〜図２０を参照して説明する。
上記実施形態２では、必要点火エネルギＥ2を火花ギャップＧの変化に応じて可変させるために、放電期間Ｔdcを可変させたが、このとき、火花放電ＤＣが効果的に行われるように、点火時期を、燃焼質量割合（以下、ＭＦＢと称する）に基づいて決定することがより望ましい。ＭＦＢ（単位：％）は、例えば、燃焼圧センサの検出結果から知られる燃焼室１０１の熱発生量等に基づいて、図３に示したクランク角センサＳ１により検出されるクランク角度ごとに算出される。本形態における点火制御装置１の基本構成及び作動は、上記実施形態２と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。
(Embodiment 3)
The third embodiment according to the
In the second embodiment, the discharge period Tdc is changed in order to change the required ignition energy E2 according to the change of the spark gap G. At this time, the ignition timing is changed so that the spark discharge DC is effectively performed. Is more desirable to be determined based on the combustion mass ratio (hereinafter referred to as MFB). The MFB (unit:%) is calculated for each crank angle detected by the crank angle sensor S1 shown in FIG. 3 based on, for example, the amount of heat generated in the
図１８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の処理は、上記実施形態２のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の処理と同じであり、説明を省略する。続くステップＳ２０５では、ＭＦＢ０％位置をエンジンの運転条件と前サイクルの燃焼から推定し、ステップＳ２０６では、推定した位置から逆算して点火時期を補正する。ここで、ＭＦＢ０％位置は、０％燃焼、すなわち、燃焼開始点となるクランク角度であり、これに先立つ所定の点火時期に点火動作が開始される。このとき、放電期間Ｔdcの終了位置は、ＭＦＢ０％近傍の所定位置とし、好ましくは、ＭＦＢ０％〜２％位置までに放電期間Ｔdcが終了することが望ましく、これに応じて、点火時期を可変させることが望ましい。
In the flowchart shown in FIG. 18, the processing of steps S201 to S204 is the same as the processing of steps S101 to S104 of the second embodiment, and the description thereof will be omitted. In the following step S205, the MFB0% position is estimated from the operating conditions of the engine and the combustion in the previous cycle, and in step S206, the ignition timing is corrected by back calculation from the estimated position. Here, the
具体的には、図１９に示すように、火花ギャップＧの拡大に伴い、放電期間Ｔdcが短縮された場合に、その終了位置（例えば、ＭＦＢ０％位置）を基準として、点火時期を遅角させる。図中上段は、放電期間Ｔdcが短縮されない基準の点火時期（例えば、ＢＴＤＣ７０ｄｅｇ）を示しており、火花ギャップＧは基準の１．１ｍｍである。中段、下段に示すように、火花ギャップＧが１．２ｍｍ、１．３ｍｍと拡大した場合には、ＭＦＢ０％位置が終了位置となるように、点火時期を、例えば、ＢＴＤＣ５０ｄｅｇ、ＢＴＤＣ３０ｄｅｇと、放電期間Ｔdcの短縮分に相当するクランク角度だけ遅角させる。
Specifically, as shown in FIG. 19, when the discharge period Tdc is shortened due to the expansion of the spark gap G, the ignition timing is retarded with reference to the end position (for example, the
図２０に示すように、放電期間Ｔdcが増減すると（例えば、６ｍｓ、４ｍｓ、２．５ｍ）、対応するクランク角度範囲（すなわち、点火時期ＳＡ〜ＭＦＢ０％）も増減するが、以降の燃焼期間には影響しない。例えば、図中のＭＦＢ０％〜２％、２％〜５％、５％〜１０％、１０％〜９０％に相当するクランク角度範囲は、放電期間Ｔdcによらずほぼ一定で、燃焼速度に影響していない。したがって、ステップＳ２０５、２０６のように、ＭＦＢ０％位置を推定し、点火時期を補正して、ＭＦＢ０％位置までに必要点火エネルギＥ2を投入することが有効であることがわかる。
As shown in FIG. 20, when the discharge period Tdc increases or decreases (for example, 6 ms, 4 ms, 2.5 m), the corresponding crank angle range (that is, ignition timing SA to
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で補正した点火時期に応じて、所定のタイミングとなるように、点火信号ＩＧｔを発信する。そして、点火用開閉素子５をオンすると共に、昇圧回路２の昇圧用開閉素子２１をオンとする。以降のステップＳ２０８〜ステップＳ２１２の処理は、上記実施形態２のステップＳ１０６〜ステップＳ１１０の処理と同じであり、説明を省略する。
In step S207, the ignition signal IGt is transmitted so as to be at a predetermined timing according to the ignition timing corrected in step S206. Then, the ignition opening /
なお、本形態では、放電期間Ｔdcの終了位置を所定のＭＦＢ位置としたが、この時期に火炎が点火プラグＰに到達して燃焼によるイオンが発生するので、エンジンＥの燃焼状態を知るための指標として、イオンの検出状態に利用することもできる。例えば、点火制御装置１にイオン検出装置を付設して、燃焼室１０１内のイオン検出時期を基準に、放電期間Ｔdcの終了位置を設定する。この場合にも、火炎が点火プラグＰに到達するまでに必要なエネルギが投入され、火炎中に火花放電ＤＣを継続することがないので、高効率な点火制御を行うことができる。
In this embodiment, the end position of the discharge period Tdc is set to a predetermined MFB position, but since the flame reaches the spark plug P and ions are generated by combustion at this time, it is necessary to know the combustion state of the engine E. As an index, it can also be used for the detection state of ions. For example, an ion detection device is attached to the
（実施形態４）
点火制御装置１の実施形態４について、図２１〜２２を参照しながら説明する。上記各実施形態では、点火コイル４へ電源部１１のバッテリ１０と補助電源３とから電源を供給する構成としたが、点火プラグＰの火花放電を繰り返し行うことが可能であれば、どのように構成されていてもよい。例えば、電源部１１に補助電源３を設けない構成とし、あるいは、複数のバッテリ１０や昇圧回路２を設けることもできる。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the
本形態では、電源部１１に、それぞれ昇圧回路２を備えた複数の電源１１Ａ、１１Ｂを設けると共に、点火プラグＰに接続される複数の点火コイル４Ａ、４Ｂを設けて、点火プラグＰへの点火エネルギの供給を交互に行うようにする。このような構成においても、火花ギャップＧの変化に応じて、投入するエネルギを可変させ、あるいは、放電期間Ｔdcを可変させることで、効率よく必要点火エネルギＥ2を点火プラグＰに供給することができる。その具体的な例を次に示す。
In this embodiment, the
図２１に示すように、点火制御装置１は、第１点火コイル４Ａと第２点火コイル４Ｂとを備え、これら第１、第２点火コイル４Ａ、４Ｂに接続された点火プラグＰを有している。第１、第２点火コイル４Ａ、４Ｂは、それぞれ一次コイル４１及び二次コイル４２を備え、一次コイル４１が点火用開閉素子５で開閉される構成は、上記各実施形態と同様である。電源部１１は、第１電源１１Ａと第２電源１１Ｂを備え、これら第１、第２電源１１Ａ、１１Ｂは、それぞれバッテリ１０と、バッテリ１０の電圧を昇圧させてキャパシタ２３に蓄積する昇圧回路２とから構成されている。
As shown in FIG. 21, the
キャパシタ２３は、一次コイル４１の両端のうちの一端側に接続されており、一次コイル４１の両端のうちの他端側は、点火用開閉素子５に接続されている。点火用開閉素子５は、コレクタが一次コイル４１に接続され、エミッタが接地される。点火用開閉素子５は、図示しないＥＣＵの点火制御部からの点火信号ＩＧｔ１、ＩＧｔ２により駆動される。点火制御部の点火エネルギ補正部７には、第１、第２点火コイル４Ａ、４Ｂの一次コイル４１に発生する一次電圧Ｖ1を検出する一次電圧検出回路７１が設けられる。点火エネルギ補正部７の構成は、上記各実施形態と同様で、放電伸び量推定部７２、放電効率算出部７３、必要点火エネルギ算出部を備えており、算出される必要点火エネルギＥ2に基づいて、点火信号ＩＧｔ1、ＩＧｔ2を交互に出力する。
The
本形態における点火制御装置１の作動について、図２２のタイムチャートを参照しながら説明する。点火制御部６は、予め電源部１１に指令信号を出力して、第１電源１１Ａと第２電源１１Ｂの昇圧回路２をそれぞれ作動させる。これにより、バッテリ１０の電圧が昇圧されてキャパシタ２３にそれぞれ蓄積される。図２２の時刻ｔ２１において、点火信号ＩＧｔ1がハイレベルとなると、まず、第１点火コイル４Ａに接続される点火用開閉素子５がオンとなる。これにより、第１電源１１Ａのキャパシタ２３に蓄積されたエネルギが、第１点火コイル４Ａの一次コイル４１に投入され、一次電流Ｉ1Aが上昇する。次に、時刻ｔ２２において、点火信号ＩＧｔ2がハイレベルとなると、第２電源１１Ｂに接続される点火用開閉素子５がオンとなる。そして、第２電源１１Ｂのキャパシタ２３に蓄積されたエネルギが、第２点火コイル４Ｂの一次コイル４１に投入され、一次電流Ｉ1Bが上昇する。
The operation of the
次に、時刻ｔ２３において、点火信号ＩＧｔ1がローレベルとなると、第１点火コイル４Ａに接続される点火用開閉素子５がオフとなり、一次コイル４１への通電が遮断される。これに伴い、二次コイル４２に高い二次電圧Ｖ2が発生し、点火プラグ７の火花ギャップＧに印加されて、火花放電ＤＣが発生する。時刻ｔ２４において、点火信号ＩＧｔ1がハイレベルとなると、再び点火用開閉素子５がオンとなり、第１点火コイル４Ａへ通電される。同時に、点火信号ＩＧｔ2がローレベルになり、第２点火コイル４Ｂに接続される点火用開閉素子５がオフとなる。これに伴い、二次コイル４２に発生する二次電圧Ｖ2が、点火プラグ７の火花ギャップＧに印加されて、火花放電ＤＣが継続される。
Next, when the ignition signal IGt1 becomes low level at time t23, the ignition opening /
時刻ｔ２５において、点火信号ＩＧｔ2がハイレベルとなると、再び点火用開閉素子５がオンとなり、第２点火コイル４Ｂへ通電される。同時に、点火信号ＩＧｔ1がローレベルとなって、第１点火コイル４Ａの二次コイル４２に発生する二次電圧Ｖ2が点火プラグ７の火花ギャップＧに印加されて、火花放電ＤＣが継続される。これを繰り返すことにより、所望の点火期間Ｔdc、放電回数で点火制御を行うことができる。
When the ignition signal IGt2 reaches a high level at time t25, the ignition opening /
したがって、上記実施形態と同様に、点火エネルギ補正部７において、基準点火エネルギＥ2baseに基づき必要点火エネルギＥ2を算出し、これを満たすように点火期間Ｔdc、放電回数を決定することで、必要な点火エネルギを投入することができる。点火補正部７では、第１、第２点火コイル４Ａ、４Ｂの一次コイル４１の一次電圧Ｖ1から、火花ギャップに応じた放電伸び量Ｌを算出し、さらに放電効率ηを算出する。そして、点火制御部６からの基準点火エネルギＥ2baseに基づき、必要点火エネルギＥ2を算出する。
Therefore, similarly to the above embodiment, the ignition
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、内燃機関は、車両用ガソリンエンジンに限らず、また、エンジン各部の構成は適宜変更することができる。 The present invention is not limited to each of the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the internal combustion engine is not limited to a gasoline engine for vehicles, and the configuration of each part of the engine can be changed as appropriate.
Ｐ 点火プラグ
Ｇ 火花ギャップ
１ 点火制御装置
１１ 電源部
２ 昇圧回路
３ 補助電源
４ 点火コイル
５ 点火用開閉素子
６ 点火制御部
７ 点火エネルギ補正部
P Spark plug
Claims (6)
上記点火エネルギの投入により、火花ギャップ（Ｇ）に火花放電（ＤＣ）を発生させる点火プラグ(Ｐ)と、
上記点火プラグの点火動作を制御する点火制御部（６）と、を備える点火制御装置（１）であって、
上記点火制御部は、内燃機関（Ｅ）の運転状況に応じた基準点火エネルギ（Ｅ2base）を、上記火花ギャップにおける放電伸び量（Ｌ）に応じて補正し、放電期間（Ｔdc）に投入される必要点火エネルギ（Ｅ2）を算出する、点火エネルギ補正部（７）を備えており、
上記点火エネルギ補正部は、上記一次コイルを流れる一次電圧（Ｖ1）を検出する一次電圧検出部（７１）と、上記一次電圧から上記放電伸び量を推定する放電伸び量推定部（７２）と、推定された上記放電伸び量から放電効率（η）を算出する放電効率算出部（７３）と、上記基準点火エネルギと上記放電効率とから上記必要点火エネルギ（Ｅ2）を算出する必要点火エネルギ算出部（７４）とを備える、点火制御装置。 An ignition coil (4) that is connected to the power supply unit (11) and generates ignition energy in the secondary coil (42) by increasing or decreasing the current of the primary coil (41).
A spark plug (P) that generates a spark discharge (DC) in the spark gap (G) by inputting the above ignition energy, and
An ignition control device (1) including an ignition control unit (6) that controls the ignition operation of the spark plug.
The ignition control unit corrects the reference ignition energy (E2base) according to the operating condition of the internal combustion engine (E) according to the discharge elongation amount (L) in the spark gap, and is charged in the discharge period (Tdc). It is equipped with an ignition energy correction unit (7) that calculates the required ignition energy (E2) .
The ignition energy correction unit includes a primary voltage detection unit (71) that detects the primary voltage (V1) flowing through the primary coil, a discharge elongation amount estimation unit (72) that estimates the discharge elongation amount from the primary voltage, and a discharge elongation amount estimation unit (72). The discharge efficiency calculation unit (73) that calculates the discharge efficiency (η) from the estimated discharge elongation amount, and the required ignition energy calculation unit (E2) that calculates the required ignition energy (E2) from the reference ignition energy and the discharge efficiency. An ignition control device comprising (74) .
上記一次電圧検出部は、上記バッテリから上記一次コイルへの通電及び遮断により上記二次コイルに発生する二次電圧（Ｖ2）を上記点火プラグに印加した後、上記補助電源からのエネルギ投入を行うまでの間において、上記一次電圧のピーク値を検出する、請求項１又は２に記載の点火制御装置。 The power supply unit includes a battery (10), a booster circuit (2) that boosts the voltage of the battery and stores it in the capacitor (23), and an auxiliary power supply (2) that inputs the energy stored in the capacitor to the ignition coil. With 3)
The primary voltage detection unit applies energy (V2) generated in the secondary coil by energizing and shutting off the primary coil from the battery to the spark plug, and then inputs energy from the auxiliary power supply. The ignition control device according to claim 1 or 2, wherein the peak value of the primary voltage is detected in the meantime.
上記点火制御部は、上記必要点火エネルギに応じて上記複数の電源を交互に駆動して、上記放電期間を可変させる、請求項１又は２に記載の点火制御装置。 The power supply unit includes a plurality of power supplies (11A, 11B) including a battery (10) and a booster circuit (2) that boosts the voltage of the battery and stores it in the capacitor (23).
The ignition control device according to claim 1 or 2 , wherein the ignition control unit alternately drives the plurality of power sources according to the required ignition energy to change the discharge period .
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