(57)【要約】【課題】エンジンをリーン条件下での運転する際にサイクル間の出力変動を抑制することのできる点火制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】点火制御装置（１）は、エンジンの燃焼行程時に電圧印加される点火プラグ（１１）、この点火プラグに高電圧を印加し、放電火花を発生させる点火コイル（１５）、点火プラグ（１１）の放電時の点火電流値を計測する電流計（１８）、点火電流値に応じて点火プラグ（１１）の放電の断続制御を行うＥＣＵ（３０）を備えている。ＥＣＵ（３０）は、電流計（１８）から取得した情報に基づいて放電火花の流れを把握し、放電火花の流れが観測されたときには放電を中断する。これにより、各燃焼行程において流れていない放電火花による点火を実現することができ、サイクル間の出力変動を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼行程時に電圧印加される点火プラグと、
当該点火プラグに高電圧を印加し、放電火花を発生させる点火コイルと、
前記点火プラグの放電時の点火電流値を計測する電流値計測手段と、
前記点火電流値に応じて前記点火プラグの放電の断続制御を行う放電制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの点火制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの点火制御装置において、
前記放電制御手段は、前記点火電流値が閾値よりも低下したときに前記点火プラグの放電を切断し、前記点火コイルの充電をした後再放電することを特徴としたエンジンの点火制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエンジンの点火制御装置において、
前記放電制御手段は、前記点火電流値が閾値よりも低下したときに前記点火プラグの放電を切断するとともに、前記エンジンの回転数が高い程、前記閾値を高い値に設定することを特徴としたエンジンの点火制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの点火制御装置において、
前記点火プラグの放電時間を計測する放電時間計測手段を備え、
前記放電制御手段は、放電時間に対応させて当該放電後の放電中断時間を決定することを特徴としたエンジンの点火制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンジンの点火制御装置において、
前記放電制御手段は、一回の燃焼行程における総放電時間をエンジンの回転数及びエンジン負荷に基づいて決定することを特徴としたエンジンの点火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの点火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、最も効率がよいとされる理論空燃比よりも燃料が薄い状態で燃焼させるリーンバーンエンジンが実用化されている。リーンバーンエンジンは、燃費やＮＯｘエミッションを低減することができることから広く採用されるようになっている。このようなリーンバーンエンジンでは、リーン時の着火性を改善すべく点火エネルギの強化や、放電時間を長めにしたり、エンジンの１燃焼サイクル中に複数回の放電を断続して行ういわゆる多重放電等の措置が採られたりしている。このような多重放電等を行う点火装置の改良に関する提案は種々なされている。例えば、特許文献１や、特許文献２には、多重放電を行う点火装置の改良に関する提案が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０７８３１号公報
【特許文献２】特許第２７４４２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リーンバーンエンジンでは上述のようにリーン状態での燃料への着火性を向上させるべく、点火プラグにおける放電時間を長めに設定した場合に、気筒内の混合気の流れに起因して放電火花が流れてしまうことがある。放電火花が流れると放電火花周辺の混合気の活性化が図られることもあり、リーンの状態であっても良好な燃焼を実現することができる。
しかし、放電火花の流れにはバラツキがあり、流れが生じるときと生じないときがある。また、放電火花の流れ方も一定ではない。流された放電火花により点火したとき、流されていない放電火花により点火したときとではトルクの出方が異なり、このためサイクル間の出力変動が大きくなり、火花の流れ方によっても出力変動が影響を受けるという問題があった。
また、リーン条件下での着火性を確保すべく前記のように点火エネルギの強化を行うと、燃費向上の効果を低減させてしまったり、点火プラグの電極摩耗を招いたりする問題があった。
前記特許文献１や特許文献２の提案では、これらの問題、特に出力変動の問題を積極的に解決する構成とはなっていない。
【０００５】
そこで、本発明は、エンジンをリーン条件下での運転する際にサイクル間の出力変動を抑制することのできる点火制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するための、本発明のエンジンンの点火制御装置は、エンジンの燃焼行程時に電圧印加される点火プラグと、当該点火プラグに高電圧を印加し、放電火花を発生させる点火コイルと、前記点火プラグの放電時の点火電流値を計測する電流値計測手段と、前記点火電流値に応じて前記点火プラグの放電の断続制御を行う放電制御手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。放電火花が筒内の混合気の流れ等に起因して流されるとその電流値は低下する。そこで、放電火花の状態をその電流値を測定することによって把握し、放電制御を行う趣旨である。すなわち、放電中の電流値が低下し始めたら放電火花が流れ始めていると判断し、放電を中断して、流れてしまった放電火花による点火を回避する。そして、再び放電を行って流れていない放電火花によって点火させる。これにより、各燃焼行程において常に流れていない放電火花によって点火するようにできるので、サイクル間の出力変動を抑制することができる。
【０００７】
このような点火制御装置では、前記放電制御手段は、前記点火電流値が閾値よりも低下したときに前記点火プラグの放電を切断し、前記点火コイルの充電をした後再放電する構成とすることができる（請求項２）。上述のように放電火花が流されると点火電流値が低下するが、流され方が大きくなり、放電火花の経路が長くなるほど点火電流値の低下の度合いが大きくなる。そこで、点火電流値に閾値を設け、この閾値よりも点火電流値が低下したときに放電を切断するように構成することができる。また、一旦放電を切断した後は再び放電することとなるが、放電切断時に点火コイルの充電を行っておき、その後の再放電を行うことができる。
【０００８】
このように本発明の点火装置では点火電流値に閾値を設けて放電の断続を制御するが、前記放電制御手段は、前記点火電流値が閾値よりも低下したときに前記点火プラグの放電を切断するとともに、前記エンジンの回転数が高い程、前記閾値を高い値に設定する構成とすることができる（請求項３）。筒内の混合気の流速はエンジンの回転数と相関があり、エンジンの回転数が高いと筒内の流速が高まっていると考えられることから、閾値の感度を上げて制御を行う趣旨である。
【０００９】
このような点火制御装置では、前記点火プラグの放電時間を計測する放電時間計測手段を備え、前記放電制御手段は、放電時間に対応させて当該放電後の放電中断時間を決定する構成とすることができる（請求項４）。点火電流値が閾値を越え、放電が中断されたときに、即座に再放電を行うと再び放電火花の流れが生じ易い。放電が中断されたときは、その放電は流されたことによって点火電流値が低下したときであると考えられる。このような場合に、直後に再放電を行うと放電火花は再び同一の経路を辿ろうとする性質がある。そこで、中断された放電の影響が緩和され、再放電したときの放電火花の経路が流されないようにすべく、放電中断時間を決定する趣旨である。
【００１０】
また、このような点火制御装置では、前記放電制御手段は、一回の燃焼行程における総放電時間をエンジンの回転数及びエンジン負荷に基づいて決定する構成とすることができる（請求項５）。エンジン回転数が高くなると、ピストンの速度が速くなることを考慮した制御である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、筒内で放電火花が流れるときは放電を切断し、点火は流れていない放電火花によって行うようにしたので、サイクル間の出力変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の点火制御装置１が搭載されたエンジン２の概略構成図である。このエンジン２は、リーン条件下での燃焼を可能とするリーンバーンエンジンである。
【００１４】
エンジン２のシリンダヘッド３には吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の下流側には吸気ポート５が形成され吸気バルブ６が配設されている。また、吸気通路４の上流側にはスロットルバルブ７が配設されている。このスロットルバルブ７のスロットル開度ＴＡは、アクセルペダル５０の踏込量を検出するアクセル開度センサ５１からのアクセル開度ＡＰに応じてＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０によって制御される電流により調整される。スロットル開度ＴＡは、スロットル開度センサ８によって検出される。スロットルバルブ７の下流には、吸気ポート５に向かって燃料を噴射するインジェクタ９が装着されている。スロットルバルブ７を介して吸入された空気は、インジェクタ９から噴射された燃料と混合され、吸気バルブ６の開弁時期に吸気ポート５を通って燃焼室１０内に供給される。
【００１５】
エンジン２のシリンダヘッド３の頭頂部には燃焼室１０内に先端側が臨むように点火プラグ１１が配設されている。点火プラグ１１は、中心電極１１ａと接地電極１１ｂとの間のギャップに発生される放電火花を発生させ、混合気に点火する。
【００１６】
一方、エンジン２のシリンダヘッド３には排気通路１２が接続されている。この排気通路１２には排気ポート１３が形成され、さらに、排気バルブ１４が配設されている。そして、燃焼室１０で燃焼された排気ガスは排気バルブ１４の開弁時期に排気ポート１３を通って排気通路１２側に排出される。
【００１７】
点火プラグ１１の中心電極１１ａには、点火コイル１５の２次巻線１５ｂの一端が接続されている。また、点火コイル１５の１次巻線１５ａの一端は１２ボルトのバッテリ１６に接続されている。点火コイル１５の１次巻線１５ａの他端は、パワートランジスタ１７のコレクタ側に接続されている。エンジン２の運転中は、ＥＣＵ３０からパワートランジスタ１７のベース側に出力される点火信号（パルス信号）ＩＧｔに基づきパワートランジスタ１７がオン／オフされることで、バッテリ１６から点火コイル１５の１次巻線１５ａ側を流れる１次電流Ｉ１が通電及び遮断される。点火信号ＩＧｔが立下がってパワートランジスタ１７がオフされ、点火コイル１５の１次巻線１５ａ側を流れる１次電流Ｉ１が遮断されると、その１次電流Ｉ１に対応する逆起電力が１次側に発生する。この逆起電力に誘導され、点火コイル１５の２次巻線１５ｂ側に２次電流Ｉ２が流れるようになる。この２次電流Ｉ２により発生される点火コイル１５の１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの巻数比倍である高電圧な２次電圧が点火プラグ１１に印加される。これにより、中心電極１１ａと設置電極１１ｂとの間に放電火花が発生する。
【００１８】
点火プラグ１１と点火コイル１５との間には、点火プラグ１１の放電時の点火電流値を計測する本発明における電流値計測手段に相当する電流計１８が配設されている。
【００１９】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、制御プログラムや制御用の各種マップを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。ＥＣＵ３０にはアクセル開度センサ４２からのアクセル開度、スロットル開度センサ１６からのスロットル開度、エンジン２のクランクシャフト１９に設置されたクランク角センサ２０からのクランク角、カムシャフト（図示略）に設置されたカム角センサ２１からのカム角等の各種センサ信号が入力されている。さらに、電流計１８から点火プラグ１１の放電時の電流値が入力される。さらに、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１１の放電時間を計測する本発明における放電時間計測手段に相当するタイマー装置を備えている。このようなＥＣＵ３０は、本発明における放電制御手段の機能を果たすものである。
【００２０】
次に、以上のように構成される点火制御装置１の動作につき、図２に示したフロー図に基づいて説明する。このフロー図は、放電火花が流れる現象が起こったときの放電制御を行うものである。ここで、放電火花が流れる現象と点火電流値との関係について図３を参照しつつ説明する。点火プラグ１１は、その中心電極１１ａと接地電極１１ｂとの間に高電圧が印加されると中心電極１１ａと接地電極１１ｂとの間に放電火花が生じる。このときの放電火花は図３（ａ）に示すように両電極間を直線的に飛ぶ。また、このときの点火電流値は高い。放電火花が生じた後、筒内の気流の影響等を受けることがなければ、放電火花は図３（ａ）に示す状態を維持するが、筒内の気流の影響等を受けると図３（ｂ）に示すように流されて点火電流値は低下する。ところが、図３（ａ）に示す状態と、図３（ｂ）に示す状態とでは、中心電極１１ａから接地電極１１ｂへの経路長が異なることから点火したときのエンジン１のトルクが異なってきてしまう。そこで、本実施例では、図３（ａ）に示す放電火花が流されていない状態で点火を行うための制御を行う。
【００２１】
まず、ステップＳ０１では、ＥＣＵ３０は、取得した各種データに基づいて、ＲＯＭ３２内に格納されたマップを参照してエンジン２がリーン状態で運転されているか否かの判断を行う。このステップＳ０１でＮｏと判断されたとき、すなわち、エンジン２がストイキ状態で運転されているときはステップＳ０２へ進み、ＲＯＭ２内に格納されているストイキ用の点火マップに基づいた放電時間等の点火制御が行われる。
【００２２】
一方、ステップＳ０１でＹｅｓと判断されたとき、すなわち、エンジン２がリーン状態で運転されているときは、ステップＳ０３へ進み、ＲＯＭ２内に格納されているリーン用の点火マップに基づいた点火制御が行われる。リーン用の点火マップは、図５〜図７に示す３つのマップから構成されている。図５に示したマップは、放電を切断する点火電流値の閾値を決定するマップである。図６に示したマップは、放電中断時間を決定するマップである。この放電中断時間は一回の燃焼行程内で複数回の放電が行われるときの放電間の時間を指す。図７に示したマップは、一回の燃焼行程における総放電時間を決定するマップである。ここで、総放電時間には放電を中断している時間も含められる。ステップＳ０３では、ＥＣＵ３０は、これらのマップを読み込み、これらのマップに基づいた点火制御を行う。
【００２３】
図４は、一回の燃焼行程における点火プラグ１１による放電の様子を比較例とともに示した説明図である。比較例では、閾値を設定しておらず、図３（ａ）に示した放電火花の状態から図３（ｂ）に示した放電火花の状態となっても点火されるまで放電は継続されるため、図３（ｂ）に示すような状態、すなわち、放電火花が流れた状態で点火されることがある。放電火花が流れた状態で点火されたときのトルクは大きくなる。
【００２４】
これに対し、本実施例では、閾値が設けられており、放電火花が流され、点火電流値が閾値まで低下すると放電が中断される。このような放電、放電の中断は、点火信号ＩＧｔによって行われる。点火信号ＩＧｔはＥＣＵ３０からの指令に基づいてパワートランジスタ１７に出力される。この点火信号ＩＧｔがハイレベルとなる期間、パワートランジスタ１７がオンとなり、点火コイル１５の１次巻線１５ａにバッテリ１６から１次電流Ｉ１が流れ点火エネルギが蓄えられる。そして、この点火信号ＩＧｔがローレベルとなる立ち下がり時点でパワートランジスタ１７がオフとなり、点火コイル１５に蓄えられた点火エネルギがその２次巻線１５ｂを介して放出され、２次電流Ｉ２が流れ点火プラグ１１には高電圧な２次電圧が印加される。
【００２５】
本実施例では、ａ１の時点で点火信号ＩＧｔがハイレベルに立ち上がり、これに伴って充電が開始される。次いで、第一回目の放電開始のタイミングａ２となると、ＥＣＵ３０は、パワートランジスタ１７に対し点火信号ＩＧｔを切断する指令を発する。これにより点火信号ＩＧｔが立ち下がり、放電が開始される。放電が開始された時点での放電火花は図３（ａ）に示すような状態、すなわち、流されていない状態である。この状態から放電火花が図３（ｂ）に示すような状態に流されると、点火電流値は低下する。ＥＣＵ３０は、この点火電流値の低下を電流計１８から取得した情報によって把握することができる。
【００２６】
ＥＣＵ３０は、電流計１８から取得した点火電流値が閾値を下回るとａ３で示したタイミングでパワートランジスタ１７に対し点火信号ＩＧｔを接続する指令を発する。これによりパワートランジスタ１７は再び充電を開始する。ここで、閾値は図５に示したマップに基づいて決定される。すなわち、閾値はエンジン回転数に対応して決定され、エンジン回転数が高いときには閾値も高く設定される。これは、エンジン回転数が高いときには筒内の気流の乱れ、変化も大きくなり、放電火花が流され易いことを考慮したものである。すなわち、エンジン回転数が高いときには閾値を高く設定しておかないと即座に回避すべき放電火花の状態が発現してしまうため、これを回避する趣旨である。
【００２７】
ＥＣＵ３０は、ａ３のタイミングでパワートランジスタ１７に点火信号ＩＧｔを接続する指令を発した後、ａ４で示したタイミングで再びパワートランジスタ１７に対し点火信号ＩＧｔを切断する指令を発する。これにより点火信号ＩＧｔが立ち下がり、放電が開始される。ここで、ａ３〜ａ４までの中断時間は、図６に示したマップに基づいて決定される。すなわち、前回放電時間、この場合、ａ２〜ａ３までの時間に応じて決定される。ａ２〜ａ３までの時間が長いと点火プラグ１１の先端周辺の雰囲気が放電によって受ける影響が大きく、この影響が解消されて雰囲気が落ち着いた状態となってから放電を行わないと、放電火花が再び流れ出そうとする確率が高まることを考慮したものである。以後、ａ７まで同様の制御を繰り返す。ここで、ａ３〜ａ４までの中断時間は、ａ５〜ａ６までの中断時間と比較して長くなっている。これは、それぞれの前回放電時間、すなわち、ａ２〜ａ３までの放電時間と、ａ４〜ａ５までの放電時間を比較したときにａ２〜ａ３までの放電時間の方が長くなっているためである。
【００２８】
ＥＣＵ３０は、一回の燃焼行程毎にこのような制御を行う。ここで、一回の燃焼行程における総放電時間（Ｔｔｏｔａｌ）について説明する。図４に示した例ではａ２〜ａ７までが総放電時間となる。この総放電時間は、図７に示したマップに基づいて決定される。すなわち、エンジン回転数とエンジン負荷とから最適な総放電時間が決定される。この総放電時間は、エンジン負荷が同一レベルであれば、エンジン回転数が高いほど短くなる。エンジン回転数が高いときに総放電時間を短くすることによって回転角はほぼ同一の範囲に納まることとなる。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、以上説明した制御を繰り返し行うこととなる。このような制御を行うことにより、放電火花が大きく流されることはなく、点火する放電火花はほぼ図３（ａ）に示した状態とすることができる。これにより、サイクル間の出力変動を抑制することができる。
【００３０】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】点火制御装置が搭載されたエンジンの概略構成図である。
【図２】本実施例の制御の一例を示すフロー図である。
【図３】放電火花の流れと点火電流値との関係を示す説明図である。
【図４】一回の燃焼行程における点火プラグによる放電の様子を比較例とともに示した説明図である。
【図５】放電を中断する点火電流値の値（閾値）定めるマップの一例を示す図である。
【図６】放電中断時間を決定するマップの一例を示す図である。
【図７】総放電時間を決定するマップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  点火制御装置
２  エンジン
３  シリンダヘッド
４  吸気通路
５  吸気ポート
６  吸気バルブ
７  スロットルバルブ
８  アクセル開度センサ
９  インジェクタ
１０  燃焼室
１１  点火プラグ
１１ａ  中心電極
１１ｂ  接地電極
１２  排気通路
１３  排気ポート
１４  排気バルブ
１５  点火コイル
１５ａ  １次巻線
１５ｂ  ２次巻線
１６  バッテリ
１７  パワートランジスタ
１８  電流計
１９  クランクシャフト
２０  クランク角センサ
２１  カム角センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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