JP2017145753A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点火プラグの電極の消耗量を推定するエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device that estimates the amount of electrode consumption of a spark plug.
従来、エンジンでは、シリンダヘッドに点火プラグが取り付けられており、点火プラグを火花放電させることにより、燃焼室内に流入した燃料(混合気)を着火させる。点火プラグは、軸中心に設けられた中心電極と、中心電極の側方から中心に向けて延在する側方電極とが設けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine, a spark plug is attached to a cylinder head. By spark discharge of the spark plug, fuel (air mixture) flowing into the combustion chamber is ignited. The spark plug is provided with a center electrode provided at the center of the shaft and side electrodes extending from the side of the center electrode toward the center.
点火プラグの電極は、火花放電により消耗するため、消耗量が所定量を超えるとメンテナンスが必要となる。例えば、特許文献1には、エンジン回転数やエンジン負荷からマップにより点火プラグの放電回数および放電電圧を特定し、特定した点火プラグの放電回数および放電電圧に基づいて、電極の消耗により変化する点火プラグの中心電極と側方電極のギャップ長さを推定する技術が開示されている。 Since the electrode of the spark plug is consumed due to spark discharge, maintenance is required when the consumed amount exceeds a predetermined amount. For example, in Patent Document 1, the number of discharges and discharge voltage of a spark plug are specified from a map based on the engine speed and engine load, and the ignition changes depending on the consumption of the electrode based on the specified number of discharges and discharge voltage of the spark plug. A technique for estimating a gap length between a center electrode and a side electrode of a plug is disclosed.
近年、燃料が希薄な燃焼条件において、1回の燃焼行程で複数回の火花放電を行うマルチスパーク点火を行うエンジンが知られている。1回の火花放電のみを行うシングルスパーク点火に対し、マルチスパーク点火は、主放電の後に副放電を行う。主放電と副放電では電極の消耗量が異なることから、上述した特許文献1に記載の技術では、電極の消耗量の推定値に誤差が生じてしまう。 2. Description of the Related Art In recent years, an engine that performs multi-spark ignition that performs a plurality of spark discharges in one combustion stroke in a combustion condition in which fuel is lean is known. In contrast to single spark ignition in which only one spark discharge is performed, multi-spark ignition performs sub-discharge after the main discharge. Since the consumption amount of the electrode differs between the main discharge and the sub discharge, the technique described in Patent Document 1 described above causes an error in the estimated value of the electrode consumption amount.
そこで、本発明は、電極の消耗量を精度よく推定することが可能な制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device capable of accurately estimating the amount of electrode consumption.
上記課題を解決するために、本発明の、点火プラグが主放電を行うシングルスパーク点火、および、点火プラグが主放電と副放電を行うマルチスパーク点火を切り替えて燃料を点火させるエンジンの制御装置は、エンジン回転数に基づいて、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火の主放電による点火プラグの電極の消耗量を導出する消耗量導出部と、マルチスパーク点火の副放電の回数に基づいて、消耗量を補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an engine control apparatus for igniting fuel by switching between single spark ignition in which the spark plug performs main discharge and multi-spark ignition in which the spark plug performs main discharge and sub-discharge is provided. A consumption amount deriving unit for deriving the consumption amount of the spark plug electrode due to the main discharge of the single spark ignition and the multi-spark ignition based on the engine speed, and the consumption amount based on the number of sub-discharges of the multi-spark ignition And a correction processing unit for correcting.
消耗量導出部は、エンジン回転数に加え、点火プラグの放電電圧に基づいて、消耗量を導出し、補正処理部は、副放電の回数に加え、点火プラグの放電電圧に基づいて、消耗量を補正してもよい。 The consumption amount deriving unit derives the consumption amount based on the discharge voltage of the spark plug in addition to the engine speed, and the correction processing unit calculates the consumption amount based on the discharge voltage of the ignition plug in addition to the number of sub-discharges. May be corrected.
補正された消耗量が閾値を超えると、メンテナンスが必要であることを報知させる報知制御部をさらに備えてもよい。 If the corrected consumption amount exceeds the threshold value, a notification control unit that notifies that maintenance is necessary may be further provided.
本発明によれば、電極の消耗量を精度よく推定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the amount of electrode consumption.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、エンジン1の構成を示す概略図である。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the engine 1. However, the configuration and processing related to the present embodiment will be described in detail below, and the description of the configuration and processing unrelated to the present embodiment will be omitted.
エンジン1は、シリンダボア2が形成されたシリンダブロック3、シリンダブロック3の上方に設けられたシリンダヘッド4を含んで構成されている。シリンダボア2内には、ピストン5が摺動可能に配置されており、ピストン5は、コンロッド6を介してクランクシャフト7に接続されている。そして、エンジン1では、シリンダボア2、シリンダヘッド4およびピストン5によって囲まれた空間が燃焼室8となる。なお、エンジン1は、図示しない車両に搭載される。
The engine 1 includes a cylinder block 3 in which a cylinder bore 2 is formed, and a cylinder head 4 provided above the cylinder block 3. A
シリンダヘッド4には、吸気ポート9および排気ポート10が燃焼室8とそれぞれ連通するように形成されているとともに、点火プラグ11を配置するためのプラグホール12が形成されている。
In the cylinder head 4, an
プラグホール12は、シリンダヘッド4における燃焼室8の軸中心に沿って形成されており、燃焼室8と連通する。点火プラグ11は、先端が燃焼室8内に位置するようにプラグホール12に取り付けられる。
The
また、シリンダヘッド4には、吸気ポート9を開閉する吸気弁13と、排気ポート10を開閉する排気弁14とが設けられている。吸気弁13は、先端が吸気ポート9と燃焼室8との間に位置するようにシリンダヘッド4に配置され、不図示のカムの回転により移動して吸気ポート9を燃焼室8に対して連通および閉鎖させる。排気弁14は、先端が排気ポート10と燃焼室8との間に位置するようにシリンダヘッド4に配置され、不図示のカムの回転により移動して排気ポート10を燃焼室8に対して連通および閉鎖させる。
The cylinder head 4 is provided with an
エンジン1では、吸気ポート9を介して燃焼室8内に空気と燃料との混合気が流入した後、点火プラグ11によって混合気が着火されることで混合気を燃焼させる。そして、混合気を燃焼させることで燃焼室8に生じた爆発圧力によりピストン5をシリンダボア2内で往復動させ、その往復動によりクランクシャフト7を回転駆動させる。
In the engine 1, after the air-fuel mixture flows into the
図2は、点火プラグ11を説明するための説明図であり、点火プラグ11のうち、燃焼室8側の先端を抽出して示す。図2に示すように、点火プラグ11は、中心電極11aと側方電極11bを備える。中心電極11aは、プラグ本体11cの内部に挿通されるとともに、中心電極11aの先端部11dが、プラグ本体11cのうち、図2中、下側の下端面11eから突出する。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the
側方電極11bは、プラグ本体11cの下端面11eのうち、外周側に設けられ、プラグ本体11cの軸方向に延在する軸方向延在部11fと、軸方向延在部11fからプラグ本体11cの径方向内側に向かって延在する径方向延在部11gを有する。径方向延在部11gのうち、中心電極11aの先端部11dと軸方向に対向する部位にチップ11hが取り付けられている。
The
これら中心電極11aと側方電極11b(チップ11h)とは、所定の放電ギャップが形成されるように離隔して配置される。
The
そして、エンジン1のECU100(Engine Control Unit、制御装置)の制御により中心電極11aに電圧が印加されると、先端部11dとチップ11hとの隙間である放電ギャップに火花放電が生じ、空気と燃料の混合気が着火する。
When a voltage is applied to the
図3は、ECU100を説明するための機能ブロック図である。ECU100は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、エンジン1を制御する。また、ECU100は、点火制御部110、消耗量導出部112、補正処理部114、表示制御部116(報知制御部)として機能する。
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the
点火制御部110は、クランクセンサSが検出したクランク角(クランクシャフト7の回転角度)を示すクランク角信号を受け、クランク角信号に基づき、所定のクランク角で火花放電するように、点火回路120に点火信号を送信する。ここで、点火信号には、主放電を遂行させる主放電信号と、副放電を遂行させる副放電信号が含まれる。主放電および副放電については後に詳述する。 The ignition control unit 110 receives a crank angle signal indicating the crank angle (the rotation angle of the crankshaft 7) detected by the crank sensor S, and based on the crank angle signal, performs ignition discharge at a predetermined crank angle. Send an ignition signal to Here, the ignition signal includes a main discharge signal for performing main discharge and a sub-discharge signal for performing sub-discharge. The main discharge and the sub discharge will be described in detail later.
点火回路120は、例えば、パワートランジスタ、1次コイル、2次コイルを有し、ECU100からの点火信号により、パワートランジスタがONとなると、1次コイルにオルタネータやバッテリなどの電源電圧が印加されて電流が流れる。そして、パワートランジスタがOFFとなると、1次コイルの電流が遮断されることで2次コイルに相互誘導による高電圧が生じる。この2次コイルの高電圧が、中心電極11aに印加されて、放電ギャップに火花放電が生じる。上記の点火プラグ11の電極(チップ11hなど)は、火花放電により消耗する。
The
また、点火制御部110は、点火処理を行う。点火制御部110が行う点火処理には、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火があり、燃料の燃焼条件に応じていずれかの点火処理に切り替えられる。例えば、点火制御部110は、燃料が希薄(リーン)な燃焼条件で、マルチスパーク点火の点火処理を行って燃料の着火の安定性を向上させ、それ以外の燃焼条件で、シングルスパーク点火の点火処理を行う。 Further, the ignition control unit 110 performs an ignition process. The ignition process performed by the ignition control unit 110 includes single spark ignition and multi-spark ignition, and is switched to one of the ignition processes depending on the fuel combustion conditions. For example, the ignition control unit 110 performs multi-spark ignition ignition processing under lean fuel conditions to improve the stability of fuel ignition, and single spark ignition ignition under other combustion conditions. Process.
火花放電には、主放電と副放電があり、シングルスパーク点火は、主放電を1回行い、マルチスパーク点火では、1回の主放電と1または複数回(例えば、2回)の副放電を行う。そのため、1回の点火処理において、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火では、電極の消耗量が異なる。 Spark discharge includes main discharge and sub-discharge. Single spark ignition performs main discharge once, and multi-spark ignition performs one main discharge and one or more (for example, two) sub-discharges. Do. Therefore, in one ignition process, the amount of electrode consumption differs between single spark ignition and multi-spark ignition.
図4は、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火を説明するための説明図であり、図4(a)には、シングルスパーク点火におけるECU100からの点火信号を示し、図4(b)には、マルチスパーク点火におけるECU100からの点火信号を示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining single spark ignition and multi-spark ignition. FIG. 4 (a) shows an ignition signal from the
図4に示すように、点火信号のうち、主放電を行う主放電信号Aは、副放電を行う副放電信号Bよりも時間が長い。すなわち、主放電のための1次コイルへの印加時間は、副放電のための1次コイルへの印加時間よりも長い。そして、シングルスパーク点火の主放電とマルチスパーク点火の主放電では、1次コイルへの印加時間が大凡等しい。 As shown in FIG. 4, among the ignition signals, the main discharge signal A for performing the main discharge has a longer time than the sub discharge signal B for performing the sub discharge. That is, the application time to the primary coil for main discharge is longer than the application time to the primary coil for sub-discharge. The application time to the primary coil is approximately equal between the main discharge of the single spark ignition and the main discharge of the multi-spark ignition.
また、副放電のための1次コイルへの印加時間(副放電信号B)は、主放電のための1次コイルへの印加時間(主放電信号A)に対して例えば25%程度となっている。そのため、副放電は主放電よりも1回の放電による電極の消耗量が少ない。 Further, the application time to the primary coil for the sub-discharge (sub-discharge signal B) is, for example, about 25% with respect to the application time to the primary coil for the main discharge (main discharge signal A). Yes. For this reason, the sub discharge consumes less electrode than the main discharge.
図3に戻って、消耗量導出部112は、エンジン回転数とエンジン負荷(点火プラグ11の放電電圧)とに基づいて、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火の主放電による電極の消耗量を導出する。ここで、エンジン負荷は、例えば、スロットル開度などから導出される。 Returning to FIG. 3, the consumption amount deriving unit 112 derives the consumption amount of the electrode due to the main discharge of single spark ignition and multi-spark ignition based on the engine speed and the engine load (discharge voltage of the spark plug 11). . Here, the engine load is derived from, for example, the throttle opening.
上記のように、主放電は、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火のいずれの場合でも1回行われることから、エンジン回転数によって、主放電の実施回数も特定される。また、主放電および副放電における電極の消耗量は、それぞれ、エンジン負荷(点火プラグ11の放電電圧)の影響を受ける。エンジン負荷が高くなるほど、点火プラグ11の放電電圧が高くなるため、エンジン負荷によって放電電圧が特定される。
As described above, since the main discharge is performed once in both cases of single spark ignition and multi-spark ignition, the number of times of main discharge is specified by the engine speed. In addition, the amount of electrode consumption in the main discharge and the sub-discharge is affected by the engine load (discharge voltage of the spark plug 11). Since the discharge voltage of the
そこで、例えば、エンジン回転数およびエンジン負荷に主放電による電極の消耗量が対応付けられた主放電マップが、ECU100のメモリに記憶されている。消耗量導出部112は、エンジン回転数およびエンジン負荷により、1回の点火処理毎の主放電による電極の消耗量を主放電マップから特定する。
Therefore, for example, a main discharge map in which the consumption amount of the electrode due to the main discharge is associated with the engine speed and the engine load is stored in the memory of the
補正処理部114は、マルチスパーク点火の副放電の回数とエンジン負荷(点火プラグ11の放電電圧)とに基づいて、点火プラグ11の消耗量を補正する。具体的に、補正処理部114は、点火回路120への点火信号のうち、1回の点火処理毎の副放電信号の回数を計数する。
The correction processing unit 114 corrects the consumption amount of the
ECU100のメモリには、副放電の回数およびエンジン負荷に、放電による電極の消耗量が対応付けられた副放電マップが記憶されている。補正処理部114は、副放電信号の計数値と、エンジン負荷により、1回の点火処理毎の副放電による電極の消耗量を副放電マップから特定する。
The memory of the
上記のように、副放電は、1次コイルへの印加処理の時間が、例えば、主放電の場合の25%程度であることから、放電電圧も主放電に比べて低く、1回の放電による電極の消耗量も、主放電より少ない。そのため、副放電マップでは、同じ放電回数に相当する電極の消耗量が、主放電マップより少ない値となる。 As described above, since the time for the application process to the primary coil is about 25% of that in the case of the main discharge, for example, the discharge voltage is lower than that of the main discharge. The consumption of the electrode is also less than that of the main discharge. For this reason, in the sub-discharge map, the amount of electrode consumption corresponding to the same number of discharges is smaller than that in the main discharge map.
そして、補正処理部114は、消耗量導出部112が特定した電極の消耗量について、副放電マップで特定した電極の消耗量を加算して補正する。こうして、補正によって副放電の影響を加味された電極の消耗量が、1回の点火処理毎に導出される。 The correction processing unit 114 corrects the consumption amount of the electrode specified by the consumption amount deriving unit 112 by adding the consumption amount of the electrode specified by the sub-discharge map. In this way, the consumption amount of the electrode in consideration of the influence of the sub-discharge by the correction is derived for each ignition process.
表示制御部116は、導出された補正後の電極の消耗量を積算し、積算値が、予め設定された閾値を超えていないか判断する。積算値が閾値を超えていると、表示制御部116は、表示部122に、メンテナンスが必要である旨を表示させる。なお、表示部122は、エンジン1が搭載される車両内に設けられる。
The display control unit 116 integrates the derived corrected electrode consumption and determines whether the integrated value exceeds a preset threshold value. If the integrated value exceeds the threshold value, the display control unit 116 causes the
図5は、車両の走行距離に対する電極の消耗量を示す図である。図5では、シングルスパーク点火のみで走行し続けた場合の電極の消耗量の推移を破線の凡例Xで示す。 FIG. 5 is a diagram showing the amount of electrode consumption with respect to the travel distance of the vehicle. In FIG. 5, the transition of the amount of consumption of the electrode when the vehicle continues to travel only by the single spark ignition is shown by a legend X of a broken line.
電極の消耗量が閾値αになると、放電ギャップが開きすぎることから、点火プラグ11の交換などのメンテナンスが必要となる。すなわち、シングルスパーク点火のみで走行し続けた場合、走行距離が距離Cに到達すると、点火プラグ11のメンテナンスが必要となる。
When the consumption amount of the electrode reaches the threshold value α, the discharge gap is excessively opened, so that maintenance such as replacement of the
また、図5中、一点鎖線の凡例Yで示すように、マルチスパーク点火も併用する場合、シングルスパーク点火のみ行う場合よりも電極の消耗が早くなる。そのため、マルチスパーク点火を行う場合、走行距離が距離Cよりも短い距離Dに到達したとき、点火プラグ11のメンテナンスが必要となる。なお、凡例Yは、電極が最も早く消耗する運転条件を示すものとする。
In addition, as shown by a one-dot chain line legend Y in FIG. 5, when multi-spark ignition is also used, the consumption of the electrodes is faster than when only single spark ignition is performed. Therefore, when performing multi-spark ignition, when the travel distance reaches a distance D shorter than the distance C, the
ここで、例えば、車両の走行距離に基づいて点火プラグ11のメンテナンスの要否を判断する場合、電極が最も早く消耗する凡例Yの場合に合わせて、距離Dに到達したときにメンテナンスが必要と判断することとなる。しかしながら、実際にはマルチスパーク点火の頻度が少なければ、閾値αに到達する総経距離が距離Dよりも長くなる。そのため、走行距離が距離Dとなった時点で一律にメンテナンスするようにした場合、閾値αに到達する前にメンテナンスするケースが生じ、メンテナンスコストが本来必要なコストよりも増大することが生じる。
Here, for example, when determining whether or not the maintenance of the
本実施形態では、消耗量導出部112および補正処理部114が、シングルスパーク点火およびマルチスパーク点火による電極の消耗量を推定していることから、電極の消耗量が大凡閾値αとなったときにメンテナンスが必要と判断でき、メンテナンスコストの増大を回避できる。 In the present embodiment, since the consumption amount deriving unit 112 and the correction processing unit 114 estimate the amount of electrode consumption due to single spark ignition and multi-spark ignition, when the amount of electrode consumption becomes approximately the threshold α. It can be determined that maintenance is necessary, and an increase in maintenance costs can be avoided.
また、シングルスパーク点火とマルチスパーク点火の区別をつけず、点火プラグ11の放電回数に基づいて電極の消耗量を推定すると、電極の消耗量が主放電と副放電とで異なる場合に、推定誤差が生じてしまう。本実施形態では、補正処理部114が、副放電による電極の消耗量を推定して、消耗量導出部112が導出した主放電による電極の消耗量を補正することから、電極の消耗量を精度よく推定することが可能となる。
In addition, when the amount of electrode consumption is estimated based on the number of discharges of the
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications within the scope described in the claims. Needless to say, the modified examples also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した実施形態では、消耗量導出部112は、エンジン回転数に加え、点火プラグ11の放電電圧に基づいて、電極の消耗量を導出し、補正処理部114は、副放電の回数に加え、点火プラグ11の放電電圧に基づいて、電極の消耗量を補正する場合について説明した。しかし、点火プラグ11の放電電圧を予め設定された値と見做して、電極の消耗量を導出してもよい。ただし、点火プラグ11の放電電圧を加味して電極の消耗量を導出することで、一層精度よく電極の消耗量を推定することが可能となる。
For example, in the above-described embodiment, the consumption amount deriving unit 112 derives the electrode consumption amount based on the discharge voltage of the
また、上述した実施形態では、消耗量導出部112および補正処理部114は、マップ(主放電マップ、副放電マップ)によって、電極の消耗量を特定する場合について説明した。しかし、消耗量導出部112および補正処理部114が、予め設定された演算式によって電極の消耗量を導出してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the consumption amount deriving unit 112 and the correction processing unit 114 specify the consumption amount of the electrode using the map (main discharge map, sub discharge map) has been described. However, the consumption amount deriving unit 112 and the correction processing unit 114 may derive the consumption amount of the electrode using a preset arithmetic expression.
また、上述した実施形態では、補正された消耗量が閾値を超えると、表示制御部116が、メンテナンスが必要である旨、表示部122に表示させる場合について説明したが、表示部122への表示処理は必須ではない。ただし、表示部122に表示させることで、ユーザが容易にメンテナンスの要否を把握できる。
In the above-described embodiment, the case where the display control unit 116 displays on the
また、上述した実施形態では、報知制御部として表示部122を制御する表示制御部116を例に挙げて説明したが、スピーカなどが、メンテナンスが必要であることを示す警告音を出力(報知)してもよい。
In the embodiment described above, the display control unit 116 that controls the
本発明は、点火プラグの電極の消耗量を推定するエンジンの制御装置に利用できる。 The present invention can be used for an engine control device that estimates the consumption amount of an electrode of a spark plug.
1 エンジン
11 点火プラグ
100 ECU(制御装置)
112 消耗量導出部
114 補正処理部
116 表示制御部(報知制御部)
1
112 consumption amount deriving unit 114 correction processing unit 116 display control unit (notification control unit)
Claims (3)
エンジン回転数に基づいて、前記シングルスパーク点火および前記マルチスパーク点火の前記主放電による前記点火プラグの電極の消耗量を導出する消耗量導出部と、
前記マルチスパーク点火の前記副放電の回数に基づいて、前記消耗量を補正する補正処理部と、
を備えることを特徴とする制御装置。 A control device for an engine that ignites fuel by switching between a single spark ignition in which a spark plug performs main discharge, and a multi-spark ignition in which the spark plug performs main discharge and sub-discharge.
A wear amount deriving unit for deriving a wear amount of the electrode of the spark plug due to the main discharge of the single spark ignition and the multi-spark ignition based on an engine speed;
A correction processing unit for correcting the consumption amount based on the number of times of the sub-discharge of the multi-spark ignition;
A control device comprising:
前記補正処理部は、前記副放電の回数に加え、前記点火プラグの放電電圧に基づいて、前記消耗量を補正することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 The consumption amount deriving unit derives the consumption amount based on the discharge voltage of the spark plug in addition to the engine speed,
The control device according to claim 1, wherein the correction processing unit corrects the consumption amount based on a discharge voltage of the spark plug in addition to the number of sub-discharges.
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