(57)【要約】【課題】高圧ダイオードを排除すると共に、高圧ダイオードに代わる別の回路構成を何ら設けることなく、内燃機関の早期着火を防止する。【解決手段】ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイル１の一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチングトランジスタ２と、点火コイル１の二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグ３とを備える内燃機関において、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において点火プラグ３が着火可能な点火パルスＳＧの最小パルス幅Ｔｏｎとを、互いに関連させて記憶する管理テーブルを設ける。ＥＣＵは、管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する最小パルス幅Ｔｏｎの点火パルスを出力することで異常着火動作を防止する。【選択図】図４
2008286044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、
エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において前記点火プラグが着火可能な前記点火パルスの最小パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルを設け、
前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最小パルス幅の点火パルスを出力することで異常着火動作を防止している燃焼制御装置。
【請求項２】
前記管理テーブルから最小パルス幅が検出されない場合には、予め設定されている標準的なパルス幅が使用される請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、
ＥＣＵからの制御信号に規定されたレベルの直流出力電圧を、前記点火コイルの一次回路に供給する可変電源部と、
エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において前記点火プラグが着火可能な、前記直流出力電圧を規定した前記点火パルスの最適パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルとを設け、
前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最適パルス幅の点火パルスと、前記最適パルス幅に対応する前記直流出力電圧を規定する制御信号とを出力することで異常着火動作を防止している燃焼制御装置。
【請求項４】
ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、
ＥＣＵからの制御信号に規定されたレベルの直流出力電圧を、前記点火コイルの一次回路に供給する可変電源部と、
エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態で出力可能な、前記直流出力電圧を規定した前記点火パルスの最長パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルとを設け、
前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最長パルス幅の点火パルスの開始位置と、燃料噴射タイミングとを対比して、前記開始位置が燃料噴射タイミングに先行する場合には、検出された前記最長パルス幅の点火パルスと、これに対応する前記直流出力電圧を規定する制御信号とを出力することで異常着火動作を防止している燃焼制御装置。
【請求項５】
検出された最長パルス幅の点火パルスの開始位置が燃料噴射タイミングに先行しない場合には、予め設定されている標準パルス幅の点火パルスと、これに対応する標準直流出力電圧を規定する制御信号とが出力される請求項４に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
可変電源部は、チョッパ回路で構成されている請求項３又は４に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転状態に応じて最適な点火パルスを供給することで、高圧ダイオードを設けることなく点火プラグの異常放電を防止する内燃機関用の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関用の燃焼装置では、各気筒に対する燃料噴射量や点火時期などをＥＣＵによってリアルタイムに電子制御して点火パルスを生成している。ここで、点火時期が、点火パルスの立ち下がりタイミングである場合には、点火パルスの立ち上がりタイミングで早期着火されることがない対策が必要となる。そこで、かかる誤動作を防止するため、一般には、点火コイルの二次コイルと点火プラグの間で、早期着火（放電）を阻止する方向に、高圧ダイオードを配置している。
【０００３】
しかし、高圧ダイオードは、点火コイルの二次側に配置されるため、経年使用により故障が避けられないという問題があった。そこで、かかる問題点を考慮して、高圧ダイオードを使用しない点火装置も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の発明は、スイッチングトランジスタの入力側に時定数回路を設けて、点火パルスの立ち上がりを鈍らせることで早期着火を防止している。一方、特許文献２に記載の発明では、点火コイルの二次側を電子的に開閉する構成を採用している。
【特許文献１】特開平８−２７７７６９号公報
【特許文献２】特開平９−０８８７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、時定数回路が、点火パルスの立ち下がりも、同様に鈍らせてしまい、肝心の二次誘起電圧が不足してしまうという欠点がある。一方、特許文献２に記載の発明では、高圧回路にスイッチング回路を設ける必要があるので、部品選択が容易でなく、製造コストがいたずらに増加する。
【０００６】
また、上記いずれの発明も、単純に、点火プラグの誤動作を防止するだけの機能しかなく、本来の着火動作を最適化することはできない。そもそも、内燃機関を長期にわたって安定した着火及び燃焼動作を維持するには、単に早期着火を防止するだけでなく、運転状態に応じた最適な着火動作を安定して実現する構成が望まれる。
【０００７】
本発明は、上記の着想に基づいてなされたものであって、その第一の目的は、高圧ダイオードを排除すると共に、高圧ダイオードに代わる別の回路構成を何ら設けることなく、内燃機関の早期着火を防止する燃焼制御装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の第二の目的は、高圧ダイオードを設けることなく早期着火を防止できるだけでなく、運転状態に応じた最適な着火動作を安定して実現できる燃焼制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、第一発明（請求項１）は、ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において前記点火プラグが着火可能な前記点火パルスの最小パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルを設け、前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最小パルス幅の点火パルスを出力することで異常着火動作を防止している。
【００１０】
この第一発明では、可能な限り狭いパルス幅が選択されるので、点火パルスの開始位置は、最も後れた位置となり、高圧ダイオードを設けることなく、異常放電を有効に防止できる。すなわち、通常の点火タイミングは、ＴＤＣ（上死点）の前後であって、筒内圧力が上昇傾向にあるので、従来の点火パルスの開始位置より、筒内圧力が高い状態で点火パルスが発生する（典型的には立ち上がる）ことになり、異常着火（早期着火）が有効に防止される。
【００１１】
なお、管理テーブルには、全ての運転状態に対応して、各々、最小パルス幅が記憶されている訳ではない。それは、パルス幅を狭く設定すればするほど、点火パルスの終了位置での点火コイルの一次電流が不足するため、二次誘起電圧が不足して、運転状態によっては、本来の着火動作に支障をきたすからである。したがって、管理テーブルから最小パルス幅が検出されない場合には、予め設定されている標準的なパルス幅が使用されるのが好適である。
【００１２】
第二発明（請求項３）は、ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、ＥＣＵからの制御信号に規定されたレベルの直流出力電圧を、前記点火コイルの一次回路に供給する可変電源部と、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において前記点火プラグが着火可能な、前記直流出力電圧を規定した前記点火パルスの最適パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルとを設け、前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最適パルス幅の点火パルスと、前記最適パルス幅に対応する前記直流出力電圧を規定する制御信号とを出力することで異常着火動作を防止している。
【００１３】
この第二発明では、運転状態に応じた最適な最適パルス幅がスイッチング素子に供給され、且つ最適な直流電圧が点火コイルの一次回路に供給されるので、常に最適な着火動作を実現することができる。
【００１４】
第三発明（請求項４）は、ＥＣＵから受ける点火パルスに基づく遷移動作によって、点火コイルの一次電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の遷移動作に基づく点火コイルの二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグとを備え、前記スイッチング素子が遷移動作するタイミングで、燃料への着火動作を実行する内燃機関において、ＥＣＵからの制御信号に規定されたレベルの直流出力電圧を、前記点火コイルの一次回路に供給する可変電源部と、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態で出力可能な、前記直流出力電圧を規定した前記点火パルスの最長パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルとを設け、前記ＥＣＵは、前記管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する前記最長パルス幅の点火パルスの開始位置と、燃料噴射タイミングとを対比して、前記開始位置が燃料噴射タイミングに先行する場合には、検出された前記最長パルス幅の点火パルスと、これに対応する前記直流出力電圧を規定する制御信号とを出力することで異常着火動作を防止している。
【００１５】
一方、点火パルスの開始位置が燃料噴射タイミングに先行しない場合には、例えば、予め設定されている標準パルス幅の点火パルスと、これに対応する標準直流出力電圧を規定する制御信号とが出力される。
【００１６】
この第三発明では、燃料が噴射される以前に、点火パルスが発生する（典型的には立ち上がる）。すなわち、点火プラグに放電が生じても筒内に混合気が存在しないので、異常着火（早期着火）の可能性がない。なお、パルス幅が長い分だけ、点火パルス消滅時の二次誘起電圧が増加するが、本発明では、管理テーブルに基づいて、最適な直流電圧が点火コイルの一次回路に供給されるので、異常に高い二次誘起電圧が発生することもない。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明によれば、高圧ダイオードを使用することなく、また、他の回路構成を何ら設けることなく、内燃機関の早期着火を有効に防止することができる。また、運転状態に応じた最適な着火動作を安定して実現することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を更に説明する。図１は、燃焼制御装置の一例を図示したものである。この第１実施形態では、高圧ダイオードを使用する必要がなく、しかも、新たな回路を設けることなく、内燃機関の早期着火を防止することができる。
【００１９】
図示の通り、この燃焼制御装置は、本装置の動作を制御するコンピュータ回路であるＥＣＵ(Engine Control Unit)と、一次コイル１Ｐと二次コイル１Ｓとからなる点火コイル１と、ＥＣＵから受ける点火パルスＳＧに基づく遷移動作によって点火コイル１の一次電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチングトランジスタ２（IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)と、点火コイル１の二次誘起電圧を受けて放電動作をする点火プラグ３と、イオン電流検出回路４とで構成されている。
【００２０】
ここで、ＥＣＵには、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において点火プラグ３が着火可能な点火パルスＳＧの最小パルス幅とを、互いに関連させて記憶する管理テーブルが設けられている。なお、運転状態と、点火パルスＳＧの最小パルス幅との関係は、予め実験的に特定されている。但し、全ての運転状態に対応して、各々、最小パルス幅が記憶されている訳ではなく、標準的なパルス幅を狭くできる運転状態の場合だけ、最小パルス幅が記憶されている。したがって、管理テーブルから最小パルス幅が検出されない場合には、予め設定されている標準的なパルス幅が使用される。
【００２１】
イオン電流検出回路４は、点火プラグ３の点火放電時に充電されてイオン電流検出用のバイアス電圧を蓄電するコンデンサＣ１と、前記のバイアス電圧を規定するツェナーダイオードＺＤ１と、点火プラグ３の点火放電時における充電路を形成するダイオードＤ１と、イオン電流の電圧変換回路５とで構成されている。
【００２２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、この燃焼制御装置の動作原理を説明する図面である。ここでは、ある燃焼状態における動作内容を例示している。点火パルスＳＧの立ち上がりタイミングと、立ち下がりタイミングでは、点火コイル１の二次側に、正負の大きな誘起電圧が発生する。しかし、ＥＣＵは、内蔵する管理テーブルのデータに基づき、可能な限り狭いパルス幅Ｔｏｎを有する点火パルスＳＧを出力する。そのため、点火パルスの立ち上がりタイミングは、最も後れた位置となり、高圧ダイオードを設けることなく、異常放電を有効に防止できる。すなわち、点火パルスの立ち上がりタイミングでは、ＴＤＣ（上死点）の前後であって、筒内圧力が上昇傾向にあるので、点火コイル１の二次側に発生した誘起電圧によって、点火パルス３が早期着火することが有効に防止される。
【００２３】
但し、管理テーブルからパルス幅が検出されない運転条件の場合には、予め決定されている標準的なパルス幅が使用される。そのため、管理テーブルがＥＣＵのメモリ領域を無駄に占有したり、或いは、管理テーブルの検索処理に多大の時間を要することもなく、リアルタイムに最適な運転動作を実現できる。
【００２４】
図３は、別の燃焼制御装置を図示したものであり、この第２実施形態では、高圧ダイオードを設けることなく早期着火を防止できるだけでなく、運転状態に応じた最適な着火動作を安定して実現できる。
【００２５】
図示の燃焼制御装置では、バッテリーＢＡＴＴと点火コイル１との間に、ＰＷＭ生成回路６とチョッパ回路７とを設けて、点火コイル１に直流出力電圧ＶＢを出力している。
【００２６】
ＰＷＭ生成回路６は、ＥＣＵから受ける制御信号ＣＴＬに基づいてＰＷＭ(Pulse width modulation)波を生成する。一方、チョッパ回路７は、チョークコイルＬと、スイッチングトランジスタＱ２と、整流ダイオードＤ３と、平滑コンデンサＣ２と、ツェナーダイオードＺＤ２とで構成されて、制御信号ＣＴＬに対応するレベルの直流出力電圧ＶＢを出力している。
【００２７】
この第２実施形態のＥＣＵでは、内蔵する管理テーブルに、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態において点火プラグ３が着火可能な、直流出力電圧ＶＢを規定した点火パルスＳＧの最適パルス幅とを、互いに関連させて記憶している。なお、管理テーブルから検出されない運転状態では、標準的なパルス幅Ｔｏｎと標準的な直流電圧ＶＢとが選択される。
【００２８】
図４は、第３実施形態における動作例を図示したものである。この第３実施形態では、ＥＣＵは、内蔵する管理テーブルのデータに基づき、その時の運転状態に対応する最適パルス幅Ｔｏｎの点火パルスＳＧと、最適パルス幅に対応する直流出力電圧ＶＢを規定する制御信号ＣＴＬとを出力することで異常着火動作を防止する。
【００２９】
管理テーブルから選択される最適パルス幅Ｔｏｎと直流出力電圧ＶＢとの関係は、予め実験的に特定されており、パルス幅Ｔｏｎが狭いほど、直流出力電圧ＶＢが高くなる略線形な関係に設定されている。したがって、この実施形態では、パルス幅が狭いために点火コイル１の二次誘起電圧が不足することはない。すなわち、点火パルスの立ち上がり時が後方（筒内圧力が高い位置）に移動するので早期着火が防止される一方、本来の着火動作時には十分な二次誘起電圧が得られる。
【００３０】
図５は、第３実施形態の動作例を図示したものである。第３実施形態でも図３の回路構成を有するが、ＥＣＵの管理テーブルには、エンジン回転数、要求負荷などに基づいて規定される運転状態と、その運転状態で出力可能な、直流出力電圧ＶＢを規定した点火パルスの最長パルス幅Ｔｏｎとを、互いに関連させて記憶している。
【００３１】
そして、ＥＣＵは、管理テーブルを参照して検出される、その時の運転状態に対応する最長パルス幅Ｔｏｎの点火パルスＳＧの開始位置と、燃料噴射タイミングとを対比して、開始位置が燃料噴射タイミングに先行する場合には、検出された最長パルス幅Ｔｏｎの点火パルスＳＧと、これに対応する直流出力電圧ＶＢを規定する制御信号ＣＴＬとを出力することで異常着火動作を防止している（図５参照）。
【００３２】
この実施形態では、点火パルスＳＧが立ち上がるタイミングでは、未だ燃料が噴射されていないので早期着火の可能性がない。なお、検出された最長パルス幅の点火パルスの開始位置が、燃料噴射タイミングに先行しない場合には、予め設定されている標準パルス幅の点火パルスと、これに対応する標準直流出力電圧を規定する制御信号とが出力される。或いはまた、第３実施態様のように、その時の運転状態において点火プラグが着火可能な最適パルス幅の点火パルスＳＧと、これに対応する直流出力電圧ＶＢを規定する制御信号とが出力される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る燃焼制御装置を示す回路図である。
【図２】図１の装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】第２実施形態と第３実施形態に係る燃焼制御装置を示す回路図である。
【図４】図２の装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】図２の装置の別の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１      点火コイル
２      スイッチングトランジスタ
３      点火プラグ
ＳＧ    点火パルス
Ｔｏｎ  パルス幅
【図１】
2008286044.tif 000003
【図２】
2008286044.tif 000004
【図３】
2008286044.tif 000005
【図４】
2008286044.tif 000006
【図５】
2008286044.tif 000007