JP6426365B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents
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Description
放電制御部は、点火コイル(40)、点火スイッチ(45)、整流素子(46)、エネルギ投入手段(50)、及び、投入エネルギ制御手段(33)を有する。点火コイルは、直流電源(6)から供給される一次電流が流れる一次コイル(41)、及び、点火プラグの電極に接続され一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル(42)を有する。点火スイッチは、一次コイルの直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号(IGT)に従って一次電流の通電と遮断とを切り替える。清流素子は、一次コイルの接地側に設けられ、接地に向かう電流を遮断し接地から一次コイルの接地側に向かう電流を通す。エネルギ投入手段は、点火スイッチによる一次電流の遮断によって点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間(IGW)において、放電を可能とするエネルギを点火コイルの接地側から継続的に投入する。投入エネルギ制御手段は、エネルギ投入手段と電気的に接続し、エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する。放電制御部は、触媒の温度が所定の温度より低いと触媒温度判定手段が判定すると、点火プラグの放電時間の通常の放電時間からの延長及び点火プラグの放電電流の同じ極性での増加の少なくとも一方を行う。
本発明の第1実施形態による「内燃機関の点火制御装置」としての点火制御装置1は、車両等に搭載されるエンジンシステムに適用される。点火制御装置1は、放電制御部30、「クランク角度検出手段」としてのクランク角度センサ35、及び、「放電時期判定手段」としての放電時期判定部34などから構成されている(図2参照)。
電子制御ユニット32には、破線矢印で示すように、クランク角度センサ35、カム位置センサ36、水温センサ37、スロットル開度センサ38、及び、吸気量センサ39などの各種センサからの検出信号が入力される。電子制御ユニット32は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、実線矢印で示すように、スロットル弁13、インジェクタ15、及び、点火回路ユニット31などを駆動してエンジン12の運転状態を制御する。
図2に示すように、放電制御部30は、点火コイル40、点火回路ユニット31、及び、電子制御ユニット32の制御信号出力部33を含む。
一次コイル41は、一端が一定の直流電圧を供給可能な「直流電源」としてのバッテリ6の「非接地側出力端子」としての正極に接続されており、他端が点火スイッチ45を介して接地されている。以下、一次コイル41のバッテリ6と接続する側とは反対側を「接地側」という。
二次コイル42は、一次コイル41と磁気的に結合されている。二次コイル42の一端は点火プラグ7の一対の電極を介して接地されており、他端は整流素子43及び二次電流検出抵抗47を介して接地されている。
点火スイッチ45は、ゲートに入力される点火信号IGTに応じてオンオフ動作する。詳しくは、点火スイッチ45は、点火信号IGTの立ち上がり時にオンとなり、点火信号IGTの立ち下がり時にオフとなる。一次コイル41における一次電流I1は、点火スイッチ45により点火信号IGTに従って通電及び遮断が切り替えられる。
エネルギ蓄積コイル52は、一端がバッテリ6に接続され、他端が充電スイッチ53を介して接地されている。充電スイッチ53は、例えば、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)から構成されている。充電スイッチ53の「第二電源側端子」としてのドレインは、エネルギ蓄積コイル52に接続されている。充電スイッチ53の「第二接地側端子」としてのソースは、接地されている。充電スイッチ53の「第二制御端子」としてのゲートは、充電スイッチ用ドライバ回路54に接続されている。充電スイッチ用ドライバ回路54は、充電スイッチ53をオンオフ駆動可能である。
整流素子55は、ダイオードで構成されており、コンデンサ56からエネルギ蓄積コイル52及び充電スイッチ53側への電流の逆流を防止する。
コンデンサ56は、一方の電極が整流素子55を介してエネルギ蓄積コイル52の接地側に接続されている。また、コンデンサ56の他方の電極は、接地されている。コンデンサ56は、DCDCコンバータ51によって昇圧された電圧を蓄電する。
整流素子59は、ダイオードで構成されており、点火コイル40からコンデンサ56への電流の逆流を防止している。
なお、図2では1気筒に対する構成のみを示しているが、実際には、放電スイッチ57以降の構成は気筒数分が並列して設けられている。すなわち、放電スイッチ57の手前で電流経路が気筒毎に分岐され、コンデンサ56に蓄積されたエネルギが各経路に分配される。
点火信号IGTは、点火スイッチ45のゲート、及び、充電スイッチ用ドライバ回路54に入力される。点火スイッチ45は、点火信号IGTが入力されている期間、オンとなる。充電スイッチ用ドライバ回路54は、点火信号IGTが入力されている期間、充電スイッチ53のゲートに対し、充電スイッチ53をオンオフ制御する充電スイッチ信号SWcを繰り返し出力する。
ここで、「コンデンサ電圧Vdc」は、コンデンサ56に蓄電された電圧を意味する。また、「投入エネルギP」は、コンデンサ56から放出され一次コイル41の低電圧側端子側から点火コイル40に供給されるエネルギを意味し、点火プラグ7における1回の放電における供給開始(最初の放電スイッチ信号SWdの立ち上がり)からの積算値を示す。
このようにして、点火信号IGTがHレベルに立ち上がっている時刻t1から時刻t2間に、点火コイル40が充電されるとともに、DCDCコンバータ51の出力によってコンデンサ56にエネルギが蓄積される。このエネルギの蓄積は、時刻t2までに終了する。
このとき、コンデンサ電圧Vdc、すなわち、コンデンサ56のエネルギ蓄積量は、充電スイッチ信号SWcのオンデューティ比及びオンオフ回数によって制御可能である。
時刻t2で点火放電を発生させた後にエネルギ投入を行わない場合、二次電流I2は、破線BL1で示すように、時間経過とともに0[A]に近づき、放電を維持できない程度まで減衰すると放電は終了する。このような放電による点火方式を「通常放電」という。
すなわち、放電スイッチ信号SWdがオンになる毎に、コンデンサ56の蓄積エネルギにより一次電流I1が順次追加される。これに対応して、二次電流I2が順次追加される。これにより、実線SL1に示すように、二次電流I2は、目標二次電流I2*に一致するように維持される。
時刻t4でエネルギ投入期間信号IGWがLレベルに立ち下げられると、放電スイッチ信号SWdのオンオフ動作が停止し、一次電流I1及び二次電流I2はゼロとなる。
S103において、点火プラグ7の放電時間を延長した後、今回のサイクルにおける放電時間の延長処理を終了する。
図5に一般的なエンジンにおけるクランクシャフトの角度と点火プラグ近傍で測定した混合気の平均流速との関係を示す。図5では、横軸にクランクシャフトの角度を示し、縦軸に点火プラグ近傍における混合気の平均流速を示す。横軸においてクランクシャフトの角度が0度のとき、ピストンは圧縮工程における上死点に位置している。また、クランクシャフトの角度がマイナス側のとき、ピストンは圧縮工程において下死点から上死点に上昇している状態を示す。
また、エネルギ投入期間IGWの間、二次電流I2は、常に負の値となる。これにより、交番電流を用いる他の方式のようにゼロクロスしないため、吹き消えの発生を防止することができる。したがって、混合気の燃焼の安定性を確保することができる。
次に、本発明の第2実施形態について、図6、7に基づいて説明する。第2実施形態による内燃機関の点火制御装置は、点火プラグの放電時間の延長処理が第1実施形態と異なる。第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図7は、第2実施形態による点火制御装置におけるエンジン12の回転数と点火プラグ7の放電時期を設定可能な範囲との関係を示すマップである。図7には、点火プラグ7の放電時期を設定可能な範囲が二点鎖線BL2で囲まれる領域として示されている。なお、エンジン12の全負荷時における回転数と点火プラグの放電時期との関係は、破線BL3で示されている。図7に示すように、第2実施形態による点火制御装置では、エンジンの回転数が低くなるにつれて、点火プラグ7の放電時期をより進角側に設定することができる。
(ア)上述の実施形態では、特許請求の範囲に記載の「内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍の位置にあると放電時期判定手段が判定する」位置は、点火プラグ近傍の混合気の平均流速が10m/s以下となるときのピストンの位置、すなわち、図5より、クランクシャフトの角度がマイナス8度からプラス15度までの間のときのピストンの位置を指すとした。しかしながら、「内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍にあると放電時期判定手段が判定する」場合は、これに限定されない。点火プラグ近傍の混合気の平均流速が10m/sより大きいときのピストンの位置であってもよいし、10m/sより小さいときのピストンの位置であってもよい。点火プラグ近傍の混合気の平均流速が比較的小さいとき、放電時期判定部が内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍にあると判定すればよい。
7 ・・・点火プラグ、
12 ・・・エンジン(内燃機関)、
16 ・・・燃焼室、
17 ・・・ピストン、
30 ・・・放電制御部、
34 ・・・放電時期判定部(放電時期判定手段)、
35 ・・・クランク角度センサ(クランク角度検出手段)。
Claims (4)
- 内燃機関(12)の燃焼室(16)において放電により混合気に点火する点火プラグ(7)の動作を制御する内燃機関の点火制御装置(1)であって、
前記点火プラグの放電時期を制御する放電制御部(30)と、
前記内燃機関のクランクシャフトの角度を検出し、検出した前記クランクシャフトの角度に応じたクランク角信号を出力するクランク角度検出手段(35)と、
前記クランク角度検出手段が出力するクランク角信号に基づいて、前記点火プラグの放電時期に前記内燃機関のピストン(17)が圧縮上死点近傍の位置にあるか否かを判定する放電時期判定手段(34)と、
を備え、
前記放電制御部は、
直流電源(6)から供給される一次電流が流れる一次コイル(41)、及び、前記点火プラグの電極に接続され前記一次電流の通電及び遮断によって発生する放電電流としての二次電流が流れる二次コイル(42)を有する点火コイル(40)、
前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され、点火信号(IGT)に従って前記一次電流の通電と遮断とを切り替える点火スイッチ(45)、
前記一次コイルの接地側に設けられ、接地に向かう電流を遮断し接地から前記一次コイルの接地側に向かう電流を通す整流素子(46)、
前記点火スイッチによる前記一次電流の遮断によって前記点火プラグの放電を発生させた後の所定のエネルギ投入期間(IGW)において、放電を可能とするエネルギを前記点火コイルの接地側から継続的に投入するエネルギ投入手段(50)、
並びに、
前記エネルギ投入手段と電気的に接続し、前記エネルギ投入手段による投入エネルギを制御する投入エネルギ制御手段(33)、
を有し、
前記放電制御部は、前記点火プラグの放電時期に前記内燃機関のピストン(17)が圧縮上死点近傍の位置にあると前記放電時期判定手段が判定すると、前記点火プラグの放電時間を通常の放電時間より長くすることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 前記クランク角度検出手段が検出する前記クランクシャフトの角速度が相対的に小さいとき、前記放電制御部は、前記点火プラグの放電時期を設定可能な範囲を進角側に広げることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置。
- 前記エネルギ投入手段は、
第一制御端子、第一電源側端子、及び、前記一次コイルの他端に接続する第一接地側端子を有し、前記第一制御端子に入力された放電スイッチ信号(SWd)に基づいて前記第一電源側端子と前記第一接地側端子との間のオンオフを制御する放電スイッチ(57)と、
第二制御端子、前記第一電源側端子に接続する第二電源側端子、及び、接地されている第二接地側端子を有し、前記第二制御端子に入力された充電スイッチ信号(SWc)に基づいて前記第二電源側端子と前記第二接地側端子との間のオンオフを制御する充電スイッチ(53)と、
前記直流電源における非接地側出力端子と前記第二電源側端子とに接続するよう設けられ、前記充電スイッチのオンによってエネルギが蓄積されるエネルギ蓄積コイル(52)と、
を有し、
前記投入エネルギ制御手段は、
前記充電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルにエネルギが蓄積されているとき前記点火スイッチのオフにより開始された前記点火プラグの放電中に前記充電スイッチのオフ及び前記放電スイッチのオンにより前記エネルギ蓄積コイルからエネルギを放出し、前記一次コイルの他端側から前記一次コイルに前記一次電流を供給するよう前記放電スイッチ及び前記充電スイッチを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の点火制御装置。 - 前記放電制御部は、
複数の前記点火コイルと、
複数の前記点火コイルのそれぞれの前記一次コイルの前記直流電源と反対側である接地側に接続され点火信号に基づいて前記一次電流の通電と遮断とを切り替える複数の前記点火スイッチと、
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の点火制御装置。
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