JP2014145306A - Ignition control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の点火制御装置に関する。 The present invention relates to an ignition control device for an internal combustion engine.
従来、例えば特許文献１に開示されるように、気筒ごとに複数の点火プラグを備え、各気筒において中央点火プラグから順次、点火を行う内燃機関が知られている。この内燃機関の制御装置は、中央点火プラグに流れる２次電流又は中央点火プラグに印加される２次電圧を検出する機能と、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度が速いか否かを判定する機能を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example,
自動車への低燃費ニーズに対応するため過給リーン燃焼が注目されている。過給リーン燃焼では、超希薄混合気に対する着火性向上が重要な課題である。一般的に着火性向上には、着火時期における点火プラグ近傍の流速増加が有効であり、燃焼室内にタンブル流を生じさせることが知られている。タンブル流によりスパークが流され空間的に着火可能領域を拡大させることで着火性の向上を図るものである。 Supercharged lean combustion is attracting attention in order to meet the fuel efficiency needs of automobiles. In supercharged lean combustion, improving the ignitability of an ultra lean mixture is an important issue. In general, to improve the ignitability, it is known that an increase in the flow velocity in the vicinity of the spark plug at the ignition timing is effective, and a tumble flow is generated in the combustion chamber. Sparks are caused to flow by tumble flow and the ignitability is improved by expanding the ignitable region spatially.
この度、発明者らの鋭意研究により、圧縮行程後半においてタンブル流の流れ方向が点火プラグ近傍で反転する現象（ωタンブル）が発見された。気流の流れ方向が反転する過程で流速が０になるため、流速が低い時期が生じる。この時期に点火時期が重なると、燃焼安定性が悪化し失火する可能性もある。 Recently, the inventors have intensively discovered a phenomenon (ω tumble) in which the flow direction of the tumble flow is reversed in the vicinity of the spark plug in the latter half of the compression stroke. Since the flow velocity becomes 0 in the process of reversing the flow direction of the air flow, a time when the flow velocity is low occurs. If the ignition timing overlaps with this timing, the combustion stability may deteriorate and misfire may occur.
特許文献１の技術では、点火時期に点火プラグに印加される２次電圧等により、点火プラグ近傍の流速を推定することは可能であるが、この推定は点火後に可能なものであり、点火前に点火プラグ近傍の流速が反転する時期を予測する事はできない。
In the technique of
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、流速が反転する時期に点火されることを回避して、燃焼安定性の低下を抑制することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The ignition control of an internal combustion engine that can prevent ignition at a time when the flow velocity is reversed and suppress deterioration in combustion stability. An object is to provide an apparatus.
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火制御装置であって、
内燃機関の燃焼室に配設された点火プラグと、
点火時期を設定する点火時期設定手段と、
前記点火時期より前の複数のクランク角および前記点火時期において、前記点火プラグにスパークを発生させるスパーク発生手段と、
前記スパーク発生手段により、吸気弁を閉じてから前記点火時期より前までの間の第１クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角流速を算出する第１クランク角流速算出手段と、
前記スパーク発生手段により、前記第１クランク角から前記点火時期より前までの間の第２クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第２クランク角流速を算出する第２クランク角流速算出手段と、
前記第１クランク角と前記第１クランク角流速との組、および、前記第２クランク角と前記第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とした場合に、各検出点を通る方程式を求める方程式算出手段と、
前記方程式を用いて流速の絶対値が所定値未満となる低流速クランク角範囲を算出する低流速クランク角範囲算出手段と、
前記点火時期が前記低流速クランク角範囲にある場合に、前記点火時期設定手段により前記点火時期を前記低流速クランク角範囲外に再設定し、或いは、点火エネルギを増加させる点火設定手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an ignition control device for an internal combustion engine,
A spark plug disposed in the combustion chamber of the internal combustion engine;
Ignition timing setting means for setting the ignition timing;
Spark generating means for generating a spark in the spark plug at a plurality of crank angles and the ignition timing before the ignition timing;
The spark generating means generates a spark in the spark plug at a first crank angle between the time when the intake valve is closed and before the ignition timing, and a secondary current flowing through the spark plug or an applied secondary voltage. First crank angle flow velocity calculating means for calculating a first crank angle flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the spark plug based on
The spark generating means generates a spark in the spark plug at a second crank angle between the first crank angle and before the ignition timing, and a secondary current flowing through the spark plug or an applied secondary voltage. Second crank angle flow velocity calculating means for calculating a second crank angle flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the spark plug based on
When the set of the first crank angle and the first crank angle flow velocity and the set of the second crank angle and the second crank angle flow velocity are set as detection points, equations that pass through the detection points are obtained. An equation calculation means;
Low flow velocity crank angle range calculating means for calculating a low flow velocity crank angle range in which the absolute value of the flow velocity is less than a predetermined value using the equation;
When the ignition timing is in the low flow rate crank angle range, the ignition timing setting unit resets the ignition timing outside the low flow rate crank angle range, or an ignition setting unit that increases ignition energy. It is characterized by providing.
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、吸気行程から圧縮行程にかけて前記燃焼室内にタンブル流が形成される構造を有し、
前記点火プラグは、前記燃焼室の天井面中央部に配設された中央点火プラグであること、を特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The internal combustion engine has a structure in which a tumble flow is formed in the combustion chamber from an intake stroke to a compression stroke,
The spark plug is a central spark plug disposed in the center of the ceiling surface of the combustion chamber.
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記天井面中央部よりも排気側の前記燃焼室に配設された排気側点火プラグと、
前記点火時期より前のクランク角および前記点火時期において、前記排気側点火プラグにスパークを発生させる排気側スパーク発生手段と、
前記排気側スパーク発生手段により、前記第１クランク角において前記排気側点火プラグにスパークを発生させ、前記排気側点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記排気側点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角排気側流速を算出する第１クランク角排気側流速算出手段と、
前記第１クランク角流速と前記第１クランク角排気側流速との流速差を算出する流速差算出手段と、
前記流速差が所定値未満である場合に、前記第２クランク角流速算出手段の実行を禁止し、かつ、前記排気側スパーク発生手段による前記点火時期におけるスパークの発生を禁止する禁止手段と、を更に備えることを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
An exhaust-side ignition plug disposed in the combustion chamber on the exhaust side of the center of the ceiling surface;
Exhaust-side spark generating means for generating a spark in the exhaust-side spark plug at a crank angle and the ignition timing before the ignition timing;
The exhaust-side spark generating means generates a spark in the exhaust-side spark plug at the first crank angle, and the exhaust-side spark plug is based on a secondary current flowing through the exhaust-side spark plug or an applied secondary voltage. First crank angle exhaust side flow velocity calculating means for calculating a first crank angle exhaust side flow velocity of gas flowing in the vicinity;
A flow velocity difference calculating means for calculating a flow velocity difference between the first crank angle flow velocity and the first crank angle exhaust side flow velocity;
Prohibiting means for prohibiting the execution of the second crank angle flow velocity calculating means when the flow velocity difference is less than a predetermined value and prohibiting the occurrence of spark at the ignition timing by the exhaust side spark generating means; It is further provided with the feature.
第１の発明によれば、圧縮行程後半においてタンブル流の流れ方向が点火プラグ近傍で反転する現象（ωタンブル）が生じた場合に、気流の流れ方向が反転することにより生じる低流速クランク角範囲を算出することができる。低流速クランク角範囲における点火時期を回避することで、燃焼安定性の低下を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, when a phenomenon occurs in which the flow direction of the tumble flow is reversed in the vicinity of the spark plug (ω tumble) in the latter half of the compression stroke, the low flow velocity crank angle range is generated by reversing the flow direction of the air flow. Can be calculated. By avoiding the ignition timing in the low flow velocity crank angle range, it is possible to suppress a decrease in combustion stability.
第２の発明によれば、中央点火プラグ近傍を流れるタンブル流の流れ方向が反転する場合であっても、流速が反転する時期に点火されることを回避して、燃焼安定性の低下を抑制することができる。 According to the second aspect of the invention, even when the flow direction of the tumble flow flowing in the vicinity of the central spark plug is reversed, the ignition is prevented at the time when the flow velocity is reversed, and the deterioration of the combustion stability is suppressed. can do.
ωタンブルが発生している場合には、火炎伝播が吸気側に偏り易いところ、第３の発明によれば、流速差が所定値以上である場合には、ωタンブルが発生していると判断し、中央点火プラグと排気側点火プラグとの２点点火により、ωタンブルによる火炎伝播の吸気側への偏りを改善することができる。また、流速差が所定値未満である場合には、理想的なタンブル流であると判断し、中央点火プラグのみで点火することで好適な火炎伝播が得られる。 When the ω tumble has occurred, the flame propagation tends to be biased toward the intake side. According to the third aspect, when the flow velocity difference is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the ω tumble has occurred. However, the two-point ignition of the central spark plug and the exhaust side spark plug can improve the bias of the flame propagation due to the ω tumble toward the intake side. If the flow velocity difference is less than the predetermined value, it is determined that the flow is an ideal tumble flow, and a suitable flame propagation can be obtained by igniting only with the center spark plug.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記載する。）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストローク型レシプロエンジンである。また、内燃機関１０は、所定の運転領域（例えば低負荷領域）において希薄燃焼（リーン燃焼）運転を実現可能なエンジンである。好ましくは、過給機付きを備え、過給リーン燃焼を実現可能なエンジンである。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram for explaining a system configuration according to
内燃機関１０は複数の気筒を有している。図１にはそのうちの１つの気筒１２の縦断面が示されている。気筒１２はシリンダブロック１３内に形成されている。気筒１２には、その内部を往復運動するピストン１４が取り付けられている。ピストン１４の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１６が取り付けられている。
The
シリンダブロック１３の上部には、シリンダヘッド１８が組み付けられている。シリンダヘッド１８の下面と気筒１２の内壁面とピストン１４の冠面で囲まれた空間により燃焼室２０が形成されている。シリンダヘッド１８には、燃焼室２０内に直接燃料を噴射するための直噴インジェクタ２１が取り付けられている。
A
また、シリンダヘッド１８には、火花点火式の中央点火プラグ２２が取り付けられている。中央点火プラグ２２の電極部は、燃焼室２０の天井壁中央部に突き出た状態で固定されている。
Further, a spark ignition type
また、シリンダヘッド１８には、燃焼室２０に接続する吸気ポート２４と、排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２４の下流端には、吸気ポート２４と燃焼室２０との間を開閉する吸気バルブ２８が取り付けられている。排気ポート２６の上流端には、排気ポート２６と燃焼室２０との間を開閉する排気バルブ３０が設けられている。
The
吸気ポート２４の上流には吸気通路３２が接続されている。吸気通路３２には、電子制御式のスロットルバルブ（図示省略）が設けられている。スロットルバルブの上流には、過給機（図示省略）が設けられている。
An
（点火装置の構成）
図２は、内燃機関１０の点火装置３８の構成を示す模式図である。
内燃機関１０の点火装置３８は、中央点火プラグ２２を含む。中央点火プラグ２２は、点火コイル４０により２次電圧が印加されて、中央点火プラグ２２の電極部４１に点火火花（電気火花）を生じさせる。
(Configuration of ignition device)
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the
The
中央点火プラグ２２の電極部４１は、燃焼室２０の天井面中央部から燃焼室２０内に突き出るように配設されている。電極部４１は、点火コイル４０の２次コイル４０ｃに接続されている中心電極４１ａと、シリンダヘッド１８に接地（アース）されている接地電極４１ｃとを有している。点火コイル４０の２次コイル４０ｃにより印加された２次電圧が、絶縁破壊に要求される電圧に達すると、中心電極４１ａと接地電極４１ｃとの間にある空隙、いわゆるプラグギャップに点火火花（電気火花）が生じる。
The
点火コイル４０は、１次コイル４０ａ、２次コイル４０ｃ、及び鉄芯４１ｂを有している。１次コイル４０ａの一端は、コンデンサ４２に接続されており、他端は、トランジスタ４３のコレクタに接続されている。一方、２次コイル４０ｃの一端は、中央点火プラグ２２の電極部４１の中心電極４１ａに接続されており、他端は、後述するＥＣＵ５０に接続されている。また、点火コイル４０の２次コイル４０ｃに発生する２次電圧（放電電圧）と、２次コイル４０ｃから中央点火プラグ２２の電極部４１に流れる２次電流を計測する計測器が設けられており、その計測値はＥＣＵ５０に入力される。
The
また、点火装置３８には、点火コイル４０の１次コイル４０ａに１次電流を流すため、１次電流の電気エネルギを蓄えるコンデンサ４２とコンデンサ４２を充電するエネルギ発生装置４４（電源を含む）と、点火コイル４０の１次電流を断続するトランジスタ４３が設けられている。エネルギ発生装置４４とトランジスタ４３は、ＥＣＵ５０により制御される。点火装置の構成は、例えば特開２００９−１３８５０号公報に開示されているように公知の内容であるため、詳細な説明は省略する。
The
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したクランク角センサ１６、点火装置３８、計測器等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
Further, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. ECU50 is comprised by the arithmetic processing apparatus provided with the memory circuit containing ROM, RAM, etc., for example. Various sensors for detecting the operating state of the
ＥＣＵ５０の出力部には、上述した直噴インジェクタ２１、中央点火プラグ２２、点火装置３８、スロットルバルブ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
Various actuators for controlling the operation state of the
（タンブル流）
次に、図３乃至図６を参照して、上述したシステムに生じるタンブル流について説明する。本実施形態のシステムでは、吸気行程から圧縮行程にかけて前記燃焼室内にタンブル流が形成される各部構造を有している。タンブル流の回転方向は、図１では時計回りであり、吸気バルブ２８から流入する気体が、中央点火プラグ２２近傍、排気バルブ３０側の筒内壁面、ピストン１４の冠面、吸気バルブ２８側の筒内壁面、中央点火プラグ２２近傍の順に流れる方向である。
(Tumble style)
Next, a tumble flow generated in the above-described system will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment has each part structure in which a tumble flow is formed in the combustion chamber from the intake stroke to the compression stroke. The rotation direction of the tumble flow is clockwise in FIG. 1, and the gas flowing in from the
この度、発明者らの鋭意研究により、上述のように燃焼室２０内にタンブル流が形成されるように設計された内燃機関１０において、圧縮行程後半でタンブル流の流れ方向が中央点火プラグ２２近傍で反転する現象（ωタンブル）が発見された。
In the
図３は、圧縮上死点近傍における理想的なタンブル流（Ａ）とωタンブル流（Ｂ）について比較説明するための図である。図３は、燃焼室２０を吸気側から視た図である。
図３の（Ａ）に示すように理想的なタンブル流（以下、通常タンブル流と記載する。）におけるタンブル中心軸は、ピストン面に水平な軸であり、圧縮上死点（以下、上死点をＴＤＣとも記載する。）直前におけるせん断により乱れに変換されるまで気流方向は変わらない。これに対し、ωタンブル流では、（Ｂ）に示すようにタンブル中心軸が屈曲しており、中央断面のタンブル渦中心位置が（Ａ）に比して高くなる。その結果、タンブル流が圧縮される過程で中央点火プラグ２２近傍の気流方向が反転することとなる。タンブル流を形成するように各部構造が設計されても、必ずしも常に通常タンブル流が形成されるとは限らず、ωタンブル流が形成される場合がある。
FIG. 3 is a diagram for comparing and explaining an ideal tumble flow (A) and a ω tumble flow (B) in the vicinity of the compression top dead center. FIG. 3 is a view of the
As shown in FIG. 3A, the tumble center axis in an ideal tumble flow (hereinafter referred to as normal tumble flow) is an axis horizontal to the piston surface, and is a compression top dead center (hereinafter referred to as top dead center). The point is also referred to as TDC.) The airflow direction does not change until it is converted into turbulence by the shear immediately before. On the other hand, in the ω tumble flow, the tumble center axis is bent as shown in (B), and the tumble vortex center position in the central section becomes higher than that in (A). As a result, the airflow direction in the vicinity of the
次に、図４乃至図６を参照して、ωタンブルが形成されることによる問題点について説明する。 Next, problems caused by the formation of the ω tumble will be described with reference to FIGS.
図４は、中央点火プラグ２２位置における圧縮ＴＤＣ付近の流速特性を示す図である。
線６０は、通常タンブル流の流速特性を示している。線６１は、タンブル流の流れ方向がプラグ近傍で反転したωタンブル流の流速特性を示している。通常タンブル流では、圧縮ＴＤＣ直前で、中央点火プラグ２２位置の流速が０に収束しているのに対し（線６０）、ωタンブル流では、通常タンブル流に比して早期に流速が０になり、その後流れ方向が反転している（線６１）。図４の（Ａ）に示すように、ωタンブル流が生じる場合でも、圧縮行程中盤までは中央点火プラグ２２近傍を吸気側から排気側への流れが存在するが、圧縮行程終盤では、（Ｂ）に示すように中央点火プラグ２２近傍を流れる流れ方向が反転し、ω状の流れを形成する。
FIG. 4 is a diagram showing the flow velocity characteristics near the compression TDC at the
A
図５、図６はそれぞれ、通常タンブル流とωタンブル流について、図４の上死点前（ＢＴＤＣ）３０°点火を実施した場合の電気火花の様子を示す図である。図４では、ＢＴＤＣ３０°がリーン燃焼時のＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）に相当している。図５に示す通常タンブル流では、点火時期直前において、スパークの伸張が大きく、方向も一定であるため着火が安定する。一方、図６に示すωタンブル流では、点火時期付近で流れが低下し流れ方向も反転する。スパークの伸張が小さく、方向も変化するため着火が不安定である。
FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams showing the state of electric sparks when the pre-top dead center (BTDC) 30 ° ignition of FIG. 4 is performed for the normal tumble flow and the ω tumble flow, respectively. In FIG. 4,
そのため、常に通常タンブル流が形成されていることを想定して点火時期を設定するのでは、ωタンブル流が形成される場合に、点火時期が流れ方向が反転する時期に重なるケースに対応できず、燃焼安定性が悪化する問題が生じる。 Therefore, if the ignition timing is set on the assumption that the normal tumble flow is always formed, it cannot cope with the case where the ignition timing overlaps with the timing when the flow direction is reversed when the ω tumble flow is formed. As a result, there arises a problem that the combustion stability deteriorates.
［実施の形態１における特徴的制御］
（特徴的制御１）
そこで、本実施形態のシステムでは、点火時期に先立って、ωタンブル流が形成され流れ方向が反転する時期を含む流速が低い時期を予測し、この時期を回避した点火時期を設定することとした。
[Characteristic Control in Embodiment 1]
(Characteristic control 1)
Therefore, in the system of the present embodiment, prior to the ignition timing, a timing when the flow velocity is low including the timing when the ω tumble flow is formed and the flow direction is reversed is predicted, and the ignition timing that avoids this timing is set. .
より具体的な特徴的制御の概要について図７を参照して説明する。なお、本明細書において、点火時期とは、筒内の混合気を燃焼させるため、圧縮上死点近傍で中央点火プラグ２２にスパークを発生させるクランク角であり、このスパークを点火用スパークと称する。また、中央点火プラグ２２近傍を流れる気体の流速を検出するため、点火時期に先立って発生させるスパークを流速検出用スパークと称し、点火用スパークと区別する。
A more specific outline of characteristic control will be described with reference to FIG. In the present specification, the ignition timing is a crank angle that causes the
図７は、ωタンブル流により流れ方向が反転する時期を予測し、この時期を回避して点火時期を設定する特徴的制御について説明するための図である。
本実施形態の制御では、点火時期（点火用スパーク発生時期）に先立って、第１クランク角ａと第２クランク角ｂの２つの検出点において流速検出用スパークを発生させる。その２次電圧（放電電圧）に基づいて各検出点における流速を検出し、これら２つの検出点を通る直線の式（１次関数）を求める。特にωタンブル流が生じる場合には、流速がクランク角に比例して下がっていく特徴があるため、その傾きから流速が０となるクランク角を予測することができる。そのため、求めた式より、流速が０となるクランク角及びその近傍の流速が低いクランク角範囲を算出することができる。点火時期（点火用スパーク発生時期）がこのクランク角範囲に設定されている場合には、このクランク角範囲を避けて点火時期を遅角側に再設定する。
FIG. 7 is a diagram for explaining characteristic control for predicting the timing when the flow direction is reversed by the ω tumble flow and setting the ignition timing while avoiding this timing.
In the control of this embodiment, prior to the ignition timing (ignition spark generation timing), flow velocity detection sparks are generated at two detection points of the first crank angle a and the second crank angle b. Based on the secondary voltage (discharge voltage), the flow velocity at each detection point is detected, and a linear equation (primary function) passing through these two detection points is obtained. In particular, when a ω tumble flow is generated, there is a feature that the flow velocity decreases in proportion to the crank angle. Therefore, the crank angle at which the flow velocity becomes 0 can be predicted from the inclination. Therefore, a crank angle range where the flow velocity is 0 and a crank angle range where the flow velocity in the vicinity thereof is low can be calculated from the obtained formula. When the ignition timing (ignition spark occurrence timing) is set in this crank angle range, the ignition timing is reset to the retard side while avoiding this crank angle range.
（特徴的制御２）
また、本実施形態のシステムでは、流速検出用スパークタイミング（第１クランク角ａ及び第２クランク角ｂ）をエンジン回転数に応じて変更する。図８及び図９を参照して説明する。
(Characteristic control 2)
In the system of the present embodiment, the spark timing for detecting the flow velocity (first crank angle a and second crank angle b) is changed according to the engine speed. This will be described with reference to FIGS.
図８の（Ａ）は、低回転の場合における圧縮ＴＤＣ近傍の状態を示す模式図である。圧縮ＴＤＣ近傍においてタンブル成分の上下流のせん断が発生し、乱れに変換される。図８の（Ｂ）は、高回転の場合における圧縮ＴＤＣ近傍の状態を示す模式図状態を示す模式図である。高回転の場合には、エンジン回転数の増加によりタンブル流速が高まるため、低回転の場合（Ａ）に比して、より圧縮上死点手前のクランク角で強いせん断が発生し、乱れへの変換タイミングが早まる。タンブル成分の乱れへの変換タイミングが早まることで、中央点火プラグ２２近傍の流速減衰が早まり、最終的に流速が０となるクランク角が進角化する。
FIG. 8A is a schematic diagram showing a state in the vicinity of the compression TDC in the case of low rotation. In the vicinity of the compression TDC, shear on the upstream and downstream of the tumble component is generated and converted into turbulence. FIG. 8B is a schematic diagram showing a schematic diagram showing a state in the vicinity of the compression TDC in the case of high rotation. When the engine speed is high, the tumble flow rate increases as the engine speed increases. Therefore, compared to the case of the low engine speed (A), a stronger shear occurs at the crank angle before the compression top dead center, resulting in disturbance. The conversion timing is advanced. As the conversion timing of the tumble component into the disturbance is advanced, the flow velocity attenuation near the
図９は、エンジン回転数に応じた流速検出用スパークタイミングの変化を示す図である。図８で説明したように、エンジン回転数の増加に比例して、中央点火プラグ２２近傍の流速が０となるクランク角が進角化する。そこで、本実施形態のシステムでは、図９に示すように、エンジン回転数の増加に合わせて流速検出用スパークタイミングを進角化する。
FIG. 9 is a diagram showing a change in the spark timing for detecting the flow velocity according to the engine speed. As described with reference to FIG. 8, the crank angle at which the flow velocity near the
（フローチャート）
図１０は、上述の特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは気筒毎、サイクル毎に実行される。
(flowchart)
FIG. 10 is a flowchart of a control routine executed by the
ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を定めた点火時期マップが記憶されている。点火時期として、例えば運転条件に応じたＭＢＴが記憶されている。本明細書では、説明容易のため点火時期を点火時期マップから取得するものとしているが、フィードバック補正等の計算結果を加味した計算値であっても良い。
The
図１０に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、運転条件に応じた点火時期を設定する（ステップＳ１００）。また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数に基づいて流速検出用スパークを発生させるクランク角を設定する（ステップＳ１００）。本発明では、流速検出用スパークを２回発生させるため、第１クランク角と第２クランク角を設定する。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数と第１および第２クランク角との関係を定めた関係マップが記憶されている。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数に応じた第１および第２クランク角をこのマップから取得する。なお、第１および第２クランク角は、吸気バルブ２８が閉じてから点火時期より前までの間のクランク角であり、スパークを発生させても混合気に着火しないタイミングに設定される。上述した図９に示すように第１および第２クランク角はエンジン回転数が高いほど進角側に設定される。
In the routine shown in FIG. 10, first, the
次に、第１クランク角において、１回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ１１０）。ＥＣＵ５０は、流速検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２に印加される放電電圧（２次電圧）を検出する。ＥＣＵ５０は、この放電電圧に基づいてプラグ近傍を流れる気体の流速（第１クランク角流速）を算出する（ステップＳ１２０）。プラグギャップ間の気体の流速が高いほど、火花放電が伸ばされるため電気抵抗が増大し、より高い２次電圧（放電電圧）が必要となる。ＥＣＵ５０は、放電電圧と流速の関係を定めた関係マップを記憶しており、放電電圧に応じた流速をこの関係マップから取得する。なお、放電電圧は、運転条件（筒内圧、温度、空燃比等）の影響を受けるため、これらのパラメータを含めた詳細なマップを用いても良い。
Next, the first flow velocity detection spark is generated at the first crank angle (step S110). The
次に、第２クランク角において、２回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ１３０）。ＥＣＵ５０は、流速検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２に印加される放電電圧（２次電圧）を検出する。ＥＣＵ５０は、この放電電圧に基づいてプラグ近傍を流れる気体の流速（第２クランク角流速）を算出する（ステップＳ１４０）。
Next, the second flow velocity detection spark is generated at the second crank angle (step S130). The
第１クランク角と第１クランク角流速との組、および、第２クランク角と第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とし、各検出点を通る直線の式（一次関数）を求める（ステップＳ１５０）。ＥＣＵ５０は、直線の式を用いて、流速の絶対値が所定値未満となるクランク角範囲（低流速クランク角範囲）を算出する（ステップＳ１６０）。この低流速クランク角範囲は、流速が０になるクランク角を含む。
A set of the first crank angle and the first crank angle flow velocity and a set of the second crank angle and the second crank angle flow velocity are set as detection points, and a straight line equation (primary function) passing through each detection point is obtained ( Step S150). The
ＥＣＵ５０は、点火時期（点火用スパーク発生時期）が低流速クランク角範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。点火時期が低流速クランク角範囲内にあると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、点火時期を低流速クランク範囲外に変更する（ステップＳ１８０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、最終的な点火時期を低流速クランク範囲よりも遅角側に再設定する。その後、ＥＣＵ５０は、最終的な点火時期に従って点火用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力する（ステップＳ１９０）。
The
一方、ステップＳ１７０において、点火時期が低流速クランク角範囲内にないと判定される場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１００において設定された点火時期に従って、点火用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力する（ステップＳ１９０）。
On the other hand, if it is determined in step S170 that the ignition timing is not within the low flow rate crank angle range, the
以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、燃焼室２０内にタンブル流が形成される内燃機関において、中央点火プラグ２２近傍で流れ方向が反転し、流速が０となるクランク角を含む低流速クランク角範囲を、点火時期よりも前に算出することができる。そのため、現サイクルにおいて、低流速クランク角範囲を避けて点火時期を設定することができ、燃焼性悪化を抑制することができる。その結果、リーン燃焼限界を高めることができ、リーン燃焼運転における燃費向上を図ることもできる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 10, in the internal combustion engine in which a tumble flow is formed in the
（変形例）
ところで、上述した実施の形態１では、流量計速用スパークと点火用スパークの点火エネルギに違いを設けていないが、これに限定されるものではない。図１６は、流速検知用スパークと点火用スパークの点火エネルギ制御概念図である。流速検知用スパークでは、コイルへのチャージ時間を短縮し、流速検知時における着火を回避すると共に、短いインターバルでの２回スパークを可能とする。一方、点火用スパークでは、流速検知用スパークよりもチャージ時間を増加させて確実な着火を実現する。このように流量計速用スパークの点火エネルギを点火用スパークの点火エネルギよりも低く設定することが好ましい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
(Modification)
By the way, in
また、上述した実施の形態１では、最終的な点火時期を低流速クランク角範囲外に再設定することとしているが、これに限定されるものではない。点火エネルギを通常時よりも増大させることとしてもよい。具体的には、上記ステップＳ１８０における点火時期の再設定に替えて、点火用スパークのチャージ時間を通常時（ステップＳ１７０の判定条件が成立しない場合）よりも増加させるステップを加えることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 In the first embodiment described above, the final ignition timing is reset outside the low flow velocity crank angle range. However, the present invention is not limited to this. It is good also as increasing ignition energy rather than the normal time. Specifically, instead of resetting the ignition timing in the above step S180, a step of increasing the ignition spark charging time as compared with the normal time (when the determination condition in step S170 is not satisfied) may be added. This point is the same in the following embodiments.
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、２つの検出点において流速を検出して方程式を求めることとしているが、これに限定されるものではない、例えば、３点以上の検出点において流速を検出し、これらの検出点を通る方程式（２次以上の関数）を求めることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 Further, in the system of the first embodiment described above, the flow velocity is detected at two detection points and the equation is obtained. However, the present invention is not limited to this, for example, the flow velocity at three or more detection points. And an equation (second-order or higher function) passing through these detection points may be obtained. This point is the same in the following embodiments.
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。 The engine to which the present invention is applied is not limited to the in-cylinder direct injection engine as in the above-described embodiment. The present invention can also be applied to a port injection type engine. Further, the present invention can be applied not only to a spark ignition type engine but also to a compression self-ignition type engine. This point is the same in the following embodiments.
尚、上述した実施の形態１においては、中央点火プラグ２２が前記第１又は第２の発明における「点火プラグ」に、点火装置３８が前記第１の発明における「スパーク発生手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「点火時期設定手段」が、上記ステップＳ１００およびＳ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１クランク角流速算出手段」が、上記ステップＳ１３０およびＳ１４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２クランク角流速算出手段」が、上記ステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「方程式算出手段」が、上記ステップＳ１６０の処理を実行するおとにより前記第１の発明における「低流速クランク角範囲算出手段」が、上記ステップＳ１８０の処理を実行することにより前記第１の発目における「点火設定手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
Further, here, the
実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図１１〜図１５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１５のルーチンを実行させることで実現することができる。
Embodiment 2. FIG.
[System Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
図１１は、本発明の実施の形態２に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図１１に示すシステム構成は、排気側点火プラグ７０が追加されている点を除き図１と同様である。排気側点火プラグ７０は、燃焼室２０の天井面周辺部であって、天井面中央部に配置された中央点火プラグ２２よりも排気側に寄った位置に取り付けられている。また、点火装置３８は、図２に示す構成と同等の構成を排気側点火プラグ７０に関して備える。点火装置３８は、排気側点火プラグ７０の電極部に点火火花（電気火花）を生じさせ、ＥＣＵ５０は、排気側点火プラグ７０に流れる２次電流又は印加される２次電圧（放電電圧）を計測することができる。
FIG. 11 is a conceptual configuration diagram for explaining a system configuration according to Embodiment 2 of the present invention. The system configuration shown in FIG. 11 is the same as that of FIG. 1 except that an exhaust
［実施の形態２における特徴的制御］
図１２は、中央点火プラグ２２による１点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。上述したようにωタンブル流が生じる場合には、図１２の（Ａ）に示すように、点火時期において、中央点火プラグ２２近傍に排気側（ＥＸ側）から吸気側（ＩＮ側）への流れが存在する。そのため、中央点火プラグ２２による１点点火の場合には、（Ｂ）に示すように火炎伝播が吸気側に偏ることとなる。
[Characteristic Control in Embodiment 2]
FIG. 12 is a view for explaining flame propagation in the case of one-point ignition by the
図１３は、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火の場合の火炎伝播について説明するための図である。図１３の（Ｂ）に示すように、ωタンブル流が生じる場合に、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とで２点点火を実施することにより、火炎伝播の偏りを改善することができる。
FIG. 13 is a view for explaining flame propagation in the case of two-point ignition by the
そこで、実施の形態２のシステムでは、通常タンブル流が生じる場合には、中央点火プラグ２２のみによる１点点火を実施し、ωタンブル流が生じる場合には、実施の形態１の点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火を実施することとした。
Therefore, in the system of the second embodiment, when a normal tumble flow is generated, one-point ignition is performed only by the
より具体的な制御の概要について図１４を参照して説明する。図１４は、実施の形態２において通常タンブルかωタンブルかを判定して、１点点火又は２点点火を実行する制御概要を説明するための図である。 A more specific outline of the control will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram for describing an outline of control for determining whether the tumble is normal or ω tumble and executing one-point ignition or two-point ignition in the second embodiment.
実施の形態２では、まず、点火時期に先立って、第１クランク角ａにおいて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で１回目の流速検知用スパーク発生させる。これらの２次電圧（放電電圧）に基づいて各プラグ近傍の流速を検出し、その流速差を算出する。
In the second embodiment, first, at the first crank angle a, the first spark for flow velocity detection is generated at both the
流速差が所定値未満の場合には、通常タンブル流が生じていると判断する。通常タンブルの場合には、図１２で説明したような吸気側への火炎伝播の偏りは生じない。よって、通常タンブルの場合には、排気側点火プラグ７０による点火用スパークを禁止し、中央点火プラグ２２のみによる点火用スパークを発生させる。
When the flow velocity difference is less than the predetermined value, it is determined that a normal tumble flow has occurred. In the case of normal tumble, there is no bias in flame propagation to the intake side as described in FIG. Therefore, in the case of normal tumble, ignition spark by the exhaust
一方、流速差が所定値以上である場合には、ωタンブル流が生じていると判断する。この場合、図１２で説明したような吸気側への火炎伝播の偏りが生じる。よって、ωタンブルの場合には、実施の形態１の点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で点火用スパークを発生させる。
On the other hand, when the flow velocity difference is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that a ω tumble flow is occurring. In this case, the bias of the flame propagation to the intake side as described in FIG. 12 occurs. Therefore, in the case of ω tumble, in addition to the ignition control of the first embodiment, ignition spark is generated in both the
（フローチャート）
図１５は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは気筒毎、サイクル毎に実行される。
(flowchart)
FIG. 15 is a flowchart of a control routine executed by the
ＥＣＵ５０には、運転条件（例えば、負荷率、エンジン回転数）に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を定めた点火時期マップが記憶されている。点火時期として、例えば運転条件に応じたＭＢＴが記憶されている。本明細書では、説明容易のため点火時期を点火時期マップから取得するものとしているが、フィードバック補正等の計算結果を加味した計算値であっても良い。
The
図１５に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、運転条件に応じた点火時期（点火用スパーク発生時期）を設定する（ステップＳ１００）。また、エンジン回転数に基づいて流速検出用スパークを発生させるクランク角を設定する（ステップＳ１００）。これらの処理は実施の形態１で説明した内容と同様であるため説明は省略する。
In the routine shown in FIG. 15, first, the
次に、第１クランク角において、１回目の流速検出用スパークを発生させる（ステップＳ２１０）。ＥＣＵ５０は、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で流量検出用スパークを発生させる制御信号を点火装置３８に出力し、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０に印加される放電電圧（２次電圧）をそれぞれ検出する。ＥＣＵ５０は、これらの放電電圧に基づいて、中央点火プラグ２２近傍を流れる気体の流速（第１クランク角流速）と、排気側点火プラグ７０近傍を流れる気体の流速（第１クランク角排気側流速）を算出する（ステップＳ２２０）。例えば、ＥＣＵ５０は、実施の形態１のステップＳ１２０の処理と同様に、放電電圧と流速の関係を定めた関係マップを記憶しており、運転条件及び放電電圧に応じた流速をこのマップから取得する。
Next, the first spark for detecting the flow velocity is generated at the first crank angle (step S210). The
続いて、ＥＣＵ５０は、第１クランク角流速と第１クランク角排気側流速との流速差を算出する（ステップＳ２３０）。ＥＣＵ５０は、流速差が所定値未満であるか否を判定する（ステップＳ２４０）。所定値は適合により定めた値である。流速差が所定値未満である場合には、通常タンブル流であると判断し、ＥＣＵ５０は、排気側点火プラグ７０による点火用スパークを禁止し、中央点火プラグ２２のみで点火用スパークを実行する（ステップＳ２５０）。
Subsequently, the
一方、流速差が所定値以上である場合には、上述した実施の形態１のステップＳ１３０〜ステップＳ１８０と同様の処理を実行する。その後、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０の両方で点火用スパークを実行する（ステップＳ２６０）。
On the other hand, when the flow velocity difference is greater than or equal to the predetermined value, the same processing as in steps S130 to S180 of the first embodiment described above is executed. Thereafter, ignition spark is executed by both the
以上説明したように、図１５に示すルーチンによれば、通常タンブル流とωタンブル流のいずれが発生しているかを判断し、通常タンブル流の場合は中央点火プラグ２２による１点点火、ωタンブル流の場合は実施の形態１における点火制御に加えて、中央点火プラグ２２と排気側点火プラグ７０とによる２点点火を実施することができる。そのため、いずれの場合においても好適な火炎伝播が得られ、燃焼性悪化を抑制することができる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 15, it is determined whether the normal tumble flow or the ω tumble flow is generated. In the case of the normal tumble flow, the one-point ignition by the
尚、上述した実施の形態Ｘにおいては、排気側点火プラグ７０が前記第３の発明における「排気側点火プラグ」に、点火装置３８が前記第３の発明における「排気側スパーク発生手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２１０およびＳ２２０の処理を実行することにより前記第３の発明における「第１クランク角排気側流速算出手段」が、上記ステップＳ２３０の処理を実行することにより前記第３の発明における「流速差算出手段」が、上記ステップＳ２４０およびＳ２５０の処理を実行することにより前記第３の発明における「禁止手段」が、それぞれ実現されている。
In the embodiment X described above, the exhaust
Further, here, the
１０ 内燃機関
１４ ピストン
１６ クランク角センサ
２０ 燃焼室
２１ 直噴インジェクタ
２２ 中央点火プラグ
２８ 吸気バルブ
３０ 排気バルブ
３８ 点火装置
４０ 点火コイル
５０ ＥＣＵ
７０ 排気側点火プラグ
DESCRIPTION OF
70 Exhaust side spark plug
Claims (3)
点火時期を設定する点火時期設定手段と、
前記点火時期より前の複数のクランク角および前記点火時期において、前記点火プラグにスパークを発生させるスパーク発生手段と、
前記スパーク発生手段により、吸気弁を閉じてから前記点火時期より前までの間の第１クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角流速を算出する第１クランク角流速算出手段と、
前記スパーク発生手段により、前記第１クランク角から前記点火時期より前までの間の第２クランク角において前記点火プラグにスパークを発生させ、前記点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記点火プラグ近傍を流れる気体の第２クランク角流速を算出する第２クランク角流速算出手段と、
前記第１クランク角と前記第１クランク角流速との組、および、前記第２クランク角と前記第２クランク角流速との組をそれぞれ検出点とした場合に、各検出点を通る方程式を求める方程式算出手段と、
前記方程式を用いて流速の絶対値が所定値未満となる低流速クランク角範囲を算出する低流速クランク角範囲算出手段と、
前記点火時期が前記低流速クランク角範囲にある場合に、前記点火時期設定手段により前記点火時期を前記低流速クランク角範囲外に再設定し、或いは、点火エネルギを増加させる点火設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 A spark plug disposed in the combustion chamber of the internal combustion engine;
Ignition timing setting means for setting the ignition timing;
Spark generating means for generating a spark in the spark plug at a plurality of crank angles and the ignition timing before the ignition timing;
The spark generating means generates a spark in the spark plug at a first crank angle between the time when the intake valve is closed and before the ignition timing, and a secondary current flowing through the spark plug or an applied secondary voltage. First crank angle flow velocity calculating means for calculating a first crank angle flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the spark plug based on
The spark generating means generates a spark in the spark plug at a second crank angle between the first crank angle and before the ignition timing, and a secondary current flowing through the spark plug or an applied secondary voltage. Second crank angle flow velocity calculating means for calculating a second crank angle flow velocity of the gas flowing in the vicinity of the spark plug based on
When the set of the first crank angle and the first crank angle flow velocity and the set of the second crank angle and the second crank angle flow velocity are set as detection points, equations that pass through the detection points are obtained. An equation calculation means;
Low flow velocity crank angle range calculating means for calculating a low flow velocity crank angle range in which the absolute value of the flow velocity is less than a predetermined value using the equation;
When the ignition timing is in the low flow crank angle range, the ignition timing setting means resets the ignition timing outside the low flow crank angle range, or ignition setting means for increasing ignition energy;
An ignition control device for an internal combustion engine, comprising:
前記点火プラグは、前記燃焼室の天井面中央部に配設された中央点火プラグであること、を特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火制御装置。 The internal combustion engine has a structure in which a tumble flow is formed in the combustion chamber from an intake stroke to a compression stroke,
The ignition control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition plug is a central ignition plug disposed in a central portion of the ceiling surface of the combustion chamber.
前記点火時期より前のクランク角および前記点火時期において、前記排気側点火プラグにスパークを発生させる排気側スパーク発生手段と、
前記排気側スパーク発生手段により、前記第１クランク角において前記排気側点火プラグにスパークを発生させ、前記排気側点火プラグに流れる２次電流または印加される２次電圧に基づいて前記排気側点火プラグ近傍を流れる気体の第１クランク角排気側流速を算出する第１クランク角排気側流速算出手段と、
前記第１クランク角流速と前記第１クランク角排気側流速との流速差を算出する流速差算出手段と、
前記流速差が所定値未満である場合に、前記第２クランク角流速算出手段の実行を禁止し、かつ、前記排気側スパーク発生手段による前記点火時期におけるスパークの発生を禁止する禁止手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の点火制御装置。 An exhaust-side ignition plug disposed in the combustion chamber on the exhaust side of the center of the ceiling surface;
Exhaust-side spark generating means for generating a spark in the exhaust-side spark plug at a crank angle and the ignition timing before the ignition timing;
The exhaust-side spark generating means generates a spark in the exhaust-side spark plug at the first crank angle, and the exhaust-side spark plug is based on a secondary current flowing through the exhaust-side spark plug or an applied secondary voltage. First crank angle exhaust side flow velocity calculating means for calculating a first crank angle exhaust side flow velocity of gas flowing in the vicinity;
A flow velocity difference calculating means for calculating a flow velocity difference between the first crank angle flow velocity and the first crank angle exhaust side flow velocity;
A prohibiting unit that prohibits execution of the second crank angle flow rate calculating unit when the flow rate difference is less than a predetermined value, and prohibits generation of a spark at the ignition timing by the exhaust side spark generating unit;
The ignition control device for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising:
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