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技術 内燃機関の多重点火装置

出願人 ダイヤモンド電機株式会社
発明者 福村義之
出願日 2000年12月11日 (20年0ヶ月経過) 出願番号 2000-376607
公開日 2002年6月26日 (18年6ヶ月経過) 公開番号 2002-180948
状態 未査定
技術分野 内燃機関の点火装置
主要キーワード 着火エネルギー 燃焼持続 トルク変動率 オフ回数 カーボン付着 着火期間 多重放電 概略構成説明図
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年6月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

経年変化による燃料噴射ノズル劣化吸排気ポートカーボン付着による気流変化、空燃比変化等により着火しにくくなった場合、混合気完全燃焼させるだけの点火エネルギーを与えられず燃焼が悪化し、回転数が不安定となり、正常な点火が行えない。

解決手段

イオン電流が継続している時間又は角度をを計測し、計測した時間又は角度の変動率演算し、その変動率を演算した際の内燃機関運転状態を検出し、検出した運転状態における得られた変動率が内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定した目標変動率に成るように多重点火回数を制御する。

概要

背景

近年の内燃機関燃費改善エミッション低減のために、混合気空燃比リーンにしたり、排ガス中のNOx低減のために排ガスに一部を吸気側還元したり、さらに、燃焼速度の早期化をねらった吸排気ポート改善を行っているリーンバーンエンジンが提案され、又、さらに薄い空燃比の混合気を燃焼させる為に筒内噴射ガソリンエンジンが実用化されている。

しかしながら、これらの内燃機関は従来型の内燃機関に比べて、点火プラグ周辺の混合気の気薄化や気流速上昇や、筒内噴射ガソリンエンジンに於いては成層混合気のばらつき等が原因で着火しにくいという問題が生じている。

これらの解決手段として、予め設定された点火時期に前記イグナイタスイッチング点火動作)させ、この点火後にもさらに連続してスイッチング(点火動作)を繰り返し多重点火させる事で、放電間欠的ではあるが着火期間を長くし、確実に燃料への着火が行える技術が提案されている。

又、この多重点火方式は従来の内燃機関点火装置においても、小型や軽量化、低コスト等を目的として、通常の点火装置と同等の点火エネルギーとなるよう、小エネルギー点火コイルを多重点火させることで、同一の着火エネルギーを得ることも知られている。

概要

経年変化による燃料噴射ノズル劣化や吸排気ポートのカーボン付着による気流変化、空燃比変化等により着火しにくくなった場合、混合気を完全燃焼させるだけの点火エネルギーを与えられず燃焼が悪化し、回転数が不安定となり、正常な点火が行えない。

イオン電流が継続している時間又は角度をを計測し、計測した時間又は角度の変動率演算し、その変動率を演算した際の内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態における得られた変動率が内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定した目標変動率に成るように多重点火回数を制御する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

一次巻線二次巻線を有する昇圧トランス構造からなり、高圧側に点火高電圧を発生する点火コイルと、前記点火コイルの高圧側に接続され前記点火用高電圧の印加により放電して内燃機関気筒内の混合気着火する点火プラグと、前記点火コイルの一次電流スイッチングするイグナイタが接続され、このイグナイタのスイッチングを制御する点火制御手段とを備えた内燃機関の点火装置において、前記点火制御手段は、予め設定された点火時期に前記イグナイタをスイッチングさせ点火させた後にさらに連続してスイッチングを繰り返し多重点火させ、点火プラグの放電により混合気が燃焼する際に、点火プラグの電極間に発生するイオン電流検出手段を備えることを特徴とする内燃機関の多重点火装置。

請求項2

点火時期に応じて決定される点火開始時点からイオン電流が継続している時間又は角度を計測し、計測した時間又は角度の変動率演算し、当該変動率を演算した際の内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態における得られた変動率が内燃機関の運転状態に応じて予め設定した目標変動率に成るように多重点火回数を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の多重点火装置。

技術分野

0001

本発明は、1サイクル点火時期に連続して点火を繰り返すことのできる内燃機関多重点火装置に関する。

背景技術

0002

近年の内燃機関は燃費改善エミッション低減のために、混合気空燃比リーンにしたり、排ガス中のNOx低減のために排ガスに一部を吸気側還元したり、さらに、燃焼速度の早期化をねらった吸排気ポート改善を行っているリーンバーンエンジンが提案され、又、さらに薄い空燃比の混合気を燃焼させる為に筒内噴射ガソリンエンジンが実用化されている。

0003

しかしながら、これらの内燃機関は従来型の内燃機関に比べて、点火プラグ周辺の混合気の気薄化や気流速上昇や、筒内噴射ガソリンエンジンに於いては成層混合気のばらつき等が原因で着火しにくいという問題が生じている。

0004

これらの解決手段として、予め設定された点火時期に前記イグナイタスイッチング点火動作)させ、この点火後にもさらに連続してスイッチング(点火動作)を繰り返し多重点火させる事で、放電間欠的ではあるが着火期間を長くし、確実に燃料への着火が行える技術が提案されている。

0005

又、この多重点火方式は従来の内燃機関点火装置においても、小型や軽量化、低コスト等を目的として、通常の点火装置と同等の点火エネルギーとなるよう、小エネルギー点火コイルを多重点火させることで、同一の着火エネルギーを得ることも知られている。

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、上記従来の多重点火装置は、予め設定された点火回数だけ多重放電しており、経年変化による燃料噴射ノズル劣化や吸排気ポートのカーボン付着による気流変化、空燃比変化等によりさらに着火しにくくなった場合、混合気を完全燃焼させるだけの点火エネルギーを与えられず燃焼が悪化し、特にアイドリング等で内燃機関の回転数が不安定となり、最終的には点火が行えない失火状態に至るという問題があった。

0007

本発明はこのような事情を考慮してなされるものであり、内燃機関の多重点火装置の着火性能を向上させることを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するために、本発明においては次のような手段を用いる。請求項1の内燃機関の多重点火装置は、点火プラグの放電により混合気が燃焼する際に、点火プラグの電極間に発生するイオン電流検出手段を備えることで、混合気の燃焼状態、すなわち、イオン電流の状態によって、多重点火回数すなわち点火エネルギーを制御することで、確実にかつ、安定した燃焼が得られる。

0009

尚、点火時期に応じて決定される点火開始時点からイオン電流が継続している時間又は角度を計測し、この変動率と平均有効燃焼圧力の変動率と相関関係があり、イオン電流から得られる変動率を安定させることで、燃焼を安定させられることはすでに公知である。

0010

すなわち、点火時期に応じて決定される点火開始時点からイオン電流が継続している時間又は角度を計測し、計測した時間又は角度の変動率を演算し、その変動率を演算した際の内燃機関の燃焼状態を検出し、検出した燃焼状態における得られた変動率が内燃機関の燃焼状態に応じてあらかじめ設定した目標変動率に成るように多重点火回数を制御することを特徴とする内燃機関の多重点火装置とする。

0011

以上本発明による内燃機関の多重点火装置は、経年変化による、燃料噴射ノズル劣化や吸排気ポートのカーボン付着による気流変化、空燃比変化等によりさらに着火しにくくなった場合でも、混合気を完全燃焼させるだけの点火エネルギーを確実に与えることができ着火性能をさらに向上させることができる。

0012

本発明の1実施例を示す図1において、一次巻線二次巻線を有する昇圧トランス構造からなり、高圧側に点火用高電圧を発生する点火コイル1と、前記点火コイルの高圧側に接続され、前記点火用高電圧の印加により放電して内燃機関の気筒内の混合気を着火する点火プラグ2と、前記点火コイルの一次電流をスイッチングするイグナイタ3が接続され、このイグナイタ3のベース側にはECU5が接続されている。

0013

一方、点火コイル1の二次巻線低圧側には点火プラグの放電により混合気が燃焼する際に、点火プラグの電極間に発生するイオン電流検出手段4が接続されており、当該イオン検出手段4の出力は点火制御手段(ECU)5に接続されている。

0014

ECU5は周知の中央処理装置としてCPU、制御プログラムを格納したROM、各種データを格納したRAM、B/U(バックアップ)RAM、入出力回路回路及びそれらを接続するバスライン等からなる論理演算回路として構成されている。このECU5によりその時々機関燃焼状態に対応する点火時期に、前記イグナイタ3を連続してスイッチングを繰り返す多重点火信号が入力される。

0015

前記図1の動作を図2に示す波形に従って説明する。図2には、図1の各点から得られる信号波形が図示してある。周知のようにトランジスタ3のベースS1部分に点火信号GTが供給され、前期点火信号IGTの立ち上がり立ち下がりでイグナイタがオンオフを繰り返す。イグナイタ3がオンするとバッテリ6から点火コイル1の一次巻線7に一次電流I1が流れ、その後、イグナイタ3がオフすると点火コイル1の一次巻線7の一次電流I1が遮断されて、二次巻線8に高電圧V2が誘起され、この高電圧V2によって点火プラグ2の電極火花放電が発生する。この火花放電は点火信号IGTのオン/オフ回数に応じて発生する。この火花放電によって内燃機関内の混合気が燃焼状態にいってイオン検出手段4によりイオン電流「Icmb」が流れる。このイオン電流「Icmb」は燃焼時は0Vより大ききな出力が得られ、失火もしくは着火しない場合は0Vとなる。このイオン電流「Icmb」が図1に示すECU5に入力され、燃焼状態を判断し点火信号IGTの多重点火回数を制御する。

0016

イオン電流による燃焼状態の判定方法は、図3のようになっている。図3に示すように、正常燃焼の場合、イオン電流は急激に流れた後、上死点TDC手前で減少した後再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角近傍でイオン電流が最大となるピーク値になることに基づいて行うものである。これに対し不安定燃焼の場合は、図4に示すように、正常燃焼時の場合に比べ、燃焼後半の緩慢燃焼のため、イオン電流値は全体に大きくならずピークがはっきり現れないものである。このような特性を示すイオン電流を所定時間毎に測定して、設定値としての燃焼状態検出ベル「IONBD」を越える状態が持続している時間(持続時間)「CMBTIM」、もしくは角度(持続角度)に基づいて、燃焼状態を判定する。

0017

トルク変動率燃焼持続時間の変動率と多重点火回数の関係を図5に示す。点火回数が小さいすなわち点火エネルギーが少ないとトルク変動と燃焼持続時間は大きく、その逆に点火回数が多いと共に安定している。すなわち燃焼持続時間の変動率とトルク変動率は相関関係にある。この燃焼持続時間の変動率に目標変動率「CMBRFR」を設定し比較することで多重点火回数を制御する。

0018

具体的な制御手順の一実施例を図6で説明する。ステップ11であらかじめ設定した目標点火回数をセットし点火させる。ステップ12で燃焼持続時間「CMBTIM」を計算する。ステップ13aでは計算した燃焼持続時間の変動率「CMBCHG」を計算する。ステップ13bでは測定された数回分の燃焼持続時間の平均値「CMBAVG」を計算する。ステップ14で燃焼時間の変動率と目標変動率「CMBRFR」と比較し、超えていれば燃焼が安定していないと判定し、ステップ15で次回の目標点火回数を1回増やす。尚、この目標点火回数に学習機能を付加するなどしても良い。

0019

また、燃焼状態を判定する場合に、イオン電流の継続している時間又は角度を計測し、計測した時間又は角度の変動率を演算し、燃焼状態を判定したが、これに加えて標準偏差等の統計的手法で判定しても良い。

0020

その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

発明の効果

0021

本発明は、以上に詳述したように、イオン電流の特性に基づいて、すなわちイオン電流のが継続している時間又は角度をを計測し、計測した時間又は角度の変動率を演算し、その変動率を演算した際の内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態における得られた変動率が内燃機関の運転状態に応じてあらかじめ設定した目標変動率に成るように多重点火回数を制御することで、経年変化による、燃料噴射ノズル劣化や吸排気ポートのカーボン付着による気流変化、空燃比変化等によりさらに着火しにくくなった場合でも、混合気を完全燃焼させるだけの点火エネルギーを確実に与えることができ着火性能をさらに向上させることができる。

図面の簡単な説明

0022

図1本発明の一実施例を示す概略構成説明図を示す
図2図1の動作説明するための信号波形を示す
図3図1の燃焼圧とイオン電流とのクランク角に対する変化を示すグラフ
図4図1安定燃焼時のイオン電流と不安定燃焼時のイオン電流とのクランク角に対する変化を示すグラフ
図5点火回数に対するトルク変動と燃焼持続時間の変動率の変化を示すグラフ
図6図1の燃焼安定判定により点火回数を制御する手順を示すフローチャート図を示す

--

0023

図において同一符号は同一、又は相当部分を示す。
1点火コイル
2点火フプラグ
3イグナイタ
4イオン電流検出手段
5 ECU
6バッテリ
1次巻線
8 2次巻線

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