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技術 内燃機関の点火制御装置

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 尾方隆介中村徹倉内淳史
出願日 2015年6月26日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2015-128292
公開日 2017年1月12日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2017-008901
状態 特許登録済
技術分野 点火時期の電気的制御
主要キーワード 通電終了時刻 角度周期 インデクス値 待機タイマ POS信号 所定演算 通電終了時期 所定回転角度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年1月12日)のものです。
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図面 (5)

課題

機関回転速度が急激に上昇した場合における点火実行時期のずれを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より高めることができる点火制御装置を提供する。

解決手段

機関運転状態に応じて点火プラグ7による点火実行クランク角度CIGEを算出し、通電終了基準時期CIGREから点火実行クランク角度CIGEまでの角度期間を点火待機時間TIGEに変換し、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過した時点で点火を実行する。クランク角度間隔CRKパルスが生成され、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過するまでの期間内において、CRKパルスに基づいて検出されるクランク角度が点火実行クランク角度CIGEより遅角側と判定され、かつその判定時点後に次のCRKパルスが生成されたときは、その時点で点火を実行する。

概要

背景

特許文献1には、内燃機関の回転に同期するクランク角信号REF信号及びPOS信号)を用いて点火一次電流出力時期通電開始時期)及び通電角通電時間)を制御する点火時期制御装置が示されている。この装置によれば、機関始動時を含む過渡状態では点火時期進角量最大値を、非過渡状態に比べて増加させる制御が行われ、過渡状態においては一次電流の通電開始時期を非過渡状態より進角させることにより、点火実行時期までに十分な通電時間が確保される。

特許文献1には、通電開始時期から通電時間が経過した時期である点火実行時期の具体的な制御方法が開示されていないが、一般的には図4に示すように行われる。クランク角度で示される点火コイル一次コイル)の通電開始時期CIGS及び通電終了時期CIGE(点火実行時期に相当する)を、所定演算時期CCAL(例えば圧縮行程終了上死点前120度)において機関運転状態に応じて算出する。このとき、通電開始基準時期CIGRS(例えば圧縮行程終了上死点前90度)から通電開始時期CIGSまでの角度期間、及び通電終了基準時期CIGRE(例えば圧縮行程終了上死点前30度)から通電終了時期(点火実行時期)CIGEまでの角度期間を、その時点における機関回転速度を用いてそれぞれ通電待機時間TIGS及び点火待機時間TIGEに変換する。その後、通電開始基準時期CIGRSにおいて通電待機タイマMIGSを通電待機時間TIGSにセットしてスタートさせるとともに、通電終了基準時期CIGREにおいて点火待機タイマTMIGEを点火待機時間TIGEにセットしてスタートさせる。

通電待機タイマTMIGSの値が「0」となる時刻tIGS(CIGS)から一次コイルの通電を開始するとともに、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる時刻tIGE(CIGE)に一次コイルの通電を終了して、点火を実行する。

概要

機関回転速度が急激に上昇した場合における点火実行時期のずれを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より高めることができる点火制御装置を提供する。機関運転状態に応じて点火プラグ7による点火実行クランク角度CIGEを算出し、通電終了基準時期CIGREから点火実行クランク角度CIGEまでの角度期間を点火待機時間TIGEに変換し、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過した時点で点火を実行する。クランク角度間隔CRKパルスが生成され、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過するまでの期間内において、CRKパルスに基づいて検出されるクランク角度が点火実行クランク角度CIGEより遅角側と判定され、かつその判定時点後に次のCRKパルスが生成されたときは、その時点で点火を実行する。

目的

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転速度が急激に上昇した場合における点火実行時期のずれを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より高めることができる点火制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関燃焼室内に設けられた点火プラグによる点火実行時期を制御する、内燃機関の点火制御装置において、前記機関クランク軸の回転に同期して所定回転角度間隔のクランク角パルスを生成するクランク角パルス生成手段と、前記機関の運転状態に応じて前記点火プラグによる点火実行クランク角度を算出する点火実行クランク角度算出手段と、基準クランク角度から前記点火実行クランク角度までの角度期間を、前記機関の回転速度を用いて点火待機時間に変換する点火待機時間算出手段と、前記基準クランク角度から前記点火待機時間が経過した時点で前記点火プラグによる点火を実行する点火実行制御手段とを備え、前記点火実行制御手段は、前記基準クランク角度から前記点火待機時間が経過するまでの期間内において、前記クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度が前記点火実行クランク角度と同一またはより遅角側と判定され、かつその判定時点後に次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点で前記点火プラグによる点火を実行することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。

請求項2

前記点火実行クランク角度算出手段、前記点火待機時間算出手段、及び前記点火実行制御手段による演算は、前記所定回転角度より長い角度周期の処理で実行され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。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関点火制御装置に関し、特に燃焼室に設けられた点火プラグによる点火実行時期を制御する点火制御装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、内燃機関の回転に同期するクランク角信号REF信号及びPOS信号)を用いて点火一次電流出力時期通電開始時期)及び通電角通電時間)を制御する点火時期制御装置が示されている。この装置によれば、機関始動時を含む過渡状態では点火時期進角量最大値を、非過渡状態に比べて増加させる制御が行われ、過渡状態においては一次電流の通電開始時期を非過渡状態より進角させることにより、点火実行時期までに十分な通電時間が確保される。

0003

特許文献1には、通電開始時期から通電時間が経過した時期である点火実行時期の具体的な制御方法が開示されていないが、一般的には図4に示すように行われる。クランク角度で示される点火コイル一次コイル)の通電開始時期CIGS及び通電終了時期CIGE(点火実行時期に相当する)を、所定演算時期CCAL(例えば圧縮行程終了上死点前120度)において機関運転状態に応じて算出する。このとき、通電開始基準時期CIGRS(例えば圧縮行程終了上死点前90度)から通電開始時期CIGSまでの角度期間、及び通電終了基準時期CIGRE(例えば圧縮行程終了上死点前30度)から通電終了時期(点火実行時期)CIGEまでの角度期間を、その時点における機関回転速度を用いてそれぞれ通電待機時間TIGS及び点火待機時間TIGEに変換する。その後、通電開始基準時期CIGRSにおいて通電待機タイマMIGSを通電待機時間TIGSにセットしてスタートさせるとともに、通電終了基準時期CIGREにおいて点火待機タイマTMIGEを点火待機時間TIGEにセットしてスタートさせる。

0004

通電待機タイマTMIGSの値が「0」となる時刻tIGS(CIGS)から一次コイルの通電を開始するとともに、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる時刻tIGE(CIGE)に一次コイルの通電を終了して、点火を実行する。

先行技術

0005

特許第3791364号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述した点火実行時期制御方法によれば、演算タイミングCCAL以後において機関回転速度が一定であれば、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる時刻tIGEは、図4に示すように通電終了時期CIGEと一致するが、例えば機関回転速度が急激に上昇した場合には、時刻tIGEが通電終了時期CIGEより遅れて、実際の点火実行時期が、所定演算時期CCALに算出された実行時期(=通電終了時期CIGE)より遅角するという問題が発生する。

0007

特許文献1に示された過渡状態における制御方法は、点火コイルの通電時間を十分に確保するために通電開始時期CIGSを単純に進角させるものであり、上記問題を解決できるものではない。

0008

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関回転速度が急激に上昇した場合における点火実行時期のずれを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より高めることができる点火制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の燃焼室内に設けられた点火プラグ(7)による点火実行時期を制御する、内燃機関の点火制御装置において、前記機関クランク軸(8)の回転に同期して所定回転角度(6deg)間隔のクランク角パルスCRKパルス)を生成するクランク角パルス生成手段(10)と、前記機関の運転状態に応じて前記点火プラグによる点火実行クランク角度を算出する点火実行クランク角度算出手段と、基準クランク角度から前記点火実行クランク角度(CIGE)までの角度期間を、前記機関の回転速度(NE)を用いて点火待機時間(TIGE)に変換する点火待機時間算出手段と、前記基準クランク角度(CIGRE)から前記点火待機時間(TIGE)が経過した時点(tIGE)で前記点火プラグによる点火を実行する点火実行制御手段とを備え、前記点火実行制御手段は、前記基準クランク角度(CIGRE)から前記点火待機時間(TIGE)が経過するまでの期間内において、前記クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度が前記点火実行クランク角度(CIGE)と同一またはより遅角側と判定され、かつその判定時点(CDET,tDET)後に次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点(CIGEM,tIGEM)で前記点火プラグによる点火を実行することを特徴とする。

0010

この構成によれば、機関運転状態に応じて点火プラグによる点火実行クランク角度が算出され、基準クランク角度から点火実行クランク角度までの角度期間が、機関回転速度を用いて点火待機時間に変換され、基準クランク角度から点火待機時間が経過した時点で点火プラグによる点火が実行される。機関のクランク軸の回転に同期して所定回転角度間隔のクランク角パルスが生成され、基準クランク角度から点火待機時間が経過するまでの期間内において、クランク角パルスに基づいて検出されるクランク角度が点火実行クランク角度と同一またはより遅角側と判定され、かつその判定時点後に次のクランク角パルスが生成されたときは、そのクランク角パルス生成時点で点火プラグによる点火が実行される。したがって、機関回転速度が急激に上昇した場合には、基準クランク角度から点火待機時間が経過する前に、クランク角パルスの発生時点で点火プラグによる点火が実行される。その結果、実際の点火実行時期の遅れを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より改善することができる。

0011

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置において、前記点火実行クランク角度算出手段、前記点火待機時間算出手段、及び前記点火実行制御手段による演算処理は、前記所定回転角度(6deg)より長い角度周期(30deg)で実行されることを特徴とする。

0012

この構成によれば、点火実行クランク角度及び点火待機時間の算出処理、及び点火実行制御処理は、所定回転角度より長い角度周期で実行されるので、所定回転角度毎演算を実行する場合に比べて、演算装置処理負荷を軽減することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
点火時期制御の具体的な方法を説明するためのタイムチャートである。
点火時期制御を実行する処理のフローチャートである。
従来の点火時期制御方法を説明するためのタイムチャートである。

実施例

0014

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、例えば6気筒を有し、吸気通路2を備えている。吸気通路2にはスロットル弁3が設けられている。

0015

燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間かつ吸気通路2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共に電子制御ユニット(以下「ECU」という)5に電気的に接続されてECU5からの制御信号により燃料噴射弁6の開弁時期及び開弁時間(燃料噴射時期及び燃料噴射時間)が制御される。

0016

エンジン1の各気筒の点火プラグ7は、ECU5に接続されており、ECU5からの点火信号により点火時期が制御される。点火プラグ7には、点火コイル(図示せず)が接続されており、点火コイルの一次側に一次電流を供給し、一次電流を遮断した時点で点火コイルの二次側に高電圧が発生して点火が行われる(点火プラグ7において放電が行われる)。

0017

吸気管2のスロットル弁3の下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ9が設けられており、その検出信号はECU5に供給される。
ECU5には、エンジン1のクランク軸8の回転角度を検出するクランク角度位置センサ10が接続されており、クランク軸8の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ10は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(以下「CYLパルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の特定の行程(例えば吸気行程)開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(6気筒エンジンではクランク角120度毎に)TDCパルスを出力するTDCセンサ及びTDCパルスより短い一定クランク角周期(例えば6度周期)で1パルス(以下「CRKパルス」という)を発生するCRKセンサから成り、CYLパルス、TDCパルス及びCRKパルスがECU5に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御エンジン回転数エンジン回転速度)NEの検出に使用される。

0018

ECU5は、クランク角度位置センサ10、吸気圧センサ9及び図示しない各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベル所定レベル修正し、アナログ信号デジタル信号に変換して、変換されたデジタル信号を出力する入力回路、各種演算処理を実行するCPU、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶するメモリ、CPUから出力される駆動制御信号を、燃料噴射弁6及び点火プラグ7に供給する出力回路を備えている。

0019

ECU5のCPUは、各種センサの検出信号に応じて燃料噴射時間及び燃料噴射時期を算出するとともに、点火時期(点火コイルの通電開始時期CIGS,通電終了時期CIGE)を算出する処理を実行し、算出された燃料噴射時期及び点火時期に応じて、燃料噴射弁6及び点火プラグ7を駆動する燃料噴射制御信号及び点火制御信号を生成して出力する。

0020

図2は、点火時期制御の具体的な方法を説明するためのタイムチャートであり、図2(a)(b)は、エンジン回転数NEがほぼ一定である場合に対応し、図2(c)(d)は、通電終了時期(点火時期)CIGEを算出した後にエンジン回転数NEが急激に上昇した場合に対応する。これらの図において、「TDC」は点火対象気筒の圧縮行程終了上死点に対応し、下向きの矢印はCRKパルスの発生時期を示す。CRKパルスが発生する毎に増加する数字(93〜107)は、CRKパルスの発生間隔期間(以下「CRK角度期間」という)を特定するためのインデクスCRKCNTであり、0から119までの値をとり、図示する制御対象気筒(#6気筒)の圧縮行程では、75から104までの値をとるように定義されている。なお、通電待機タイマTMIGSは図示を省略している。

0021

図2(a)(b)に示す方法は、図4を参照して説明した従来の方法と同一であり、所定演算時期CCAL(圧縮行程終了上死点前120度)においてエンジン1の運転状態に応じて、通電開始時期CIGS及び通電終了時期CIGEが算出され、通電終了基準時期CIGRE(圧縮行程終了上死点前30度)から通電終了時期CIGEまでの角度期間がその時点におけるエンジン回転数NEを用いて点火待機時間TIGEに変換される。通電終了基準時期CIGREにおいて点火待機タイマTMIGEを点火待機時間TIGEにセットしてスタートさせ、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる時刻tIGE(CIGEと一致)において一次コイルの通電を終了することにより、点火が実行される。

0022

図2(c)(d)に示すように、点火待機タイマTMIGEのカウントダウン中にエンジン回転数NEが急激に上昇した場合には、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる通電終了時刻tIGEは、通電終了時期CIGEより大きく遅れる。そこで、本実施形態では、通電終了時期CIGEの直後におけるCRKパルスの発生時期CDET(発生時刻tDET)において点火待機タイマTMIGEの値が「0」となっていないことが検出されたときは、次のCRKパルスの発生時期CIGEM(発生時刻tIGEM)において、一次コイルの通電を終了して点火を実行する。

0023

なお、図2(c)(d)に示す例とは異なり、インデクスCRKCNTが「104」であるCRK角度期間中に点火待機タイマTMIGEの値が「0」となったときは、その時点において点火を実行する。

0024

これによって、エンジン回転数NEが急激に上昇した場合において、点火実行時期CIGEの遅れを抑制し、エンジン出力が低下することを防止できる。

0025

図3は、上述した点火時期制御を実行する処理のフローチャートであり、この処理は、クランク角度30度毎に実行される。
テップS11では、点火対象気筒の圧縮行程終了上死点前120度のタイミングであるか否かを判別し、その答が肯定(YES)であるときは、通電開始時期CIGS、通電終了時期CIGE(点火実行時期)、通電待機時間TIGS、及び点火待機時間TIGEを算出するとともに、通電終了時期CIGEを含むCRK角度期間のインデクスCRKCNTを、点火実行インデクス値CRKCNTIGとして算出する(ステップS12)。なお、通電終了時期CIGEが例えば図2(c)に示す、インデクスCRKCNTが「103」であるCRK角度期間の終期(CDET)と一致する場合は、点火実行インデクス値CRKCNTIGは「103」と算出される。

0026

ステップS11の答が否定(NO)であるときは、圧縮行程終了上死点前90度のタイミング(通電開始基準時期CIGRS)であるか否かを判別する(ステップS13)。この答が肯定(YES)であるときは、通電待機タイマTMIGSを通電待機時間TIGSにセットしてスタートさせ(ステップS14)、通電待機タイマTMIGSの値が「0」となるまで待機する(ステップS15)。通電待機タイマTMIGSの値が「0」となると、点火コイルの通電を開始する(ステップS16)。

0027

ステップS13の答が否定(NO)であるときは、圧縮行程終了上死点前30度のタイミング(通電終了基準時期CIGRE)であるか否かを判別する(ステップS17)。この答が肯定(YES)であるときは、点火待機タイマTMIGEを点火待機時間TIGEにセットしてスタートさせる(ステップS18)。ステップS19では、点火待機タイマTMIGEの値が「0」であるか否かを判別し、その答が否定(NO)であるときはステップS20に進み、点火実行インデクス値CRKCNTIG(図2に示す例では「103」)に対応するCRK角度期間が終了したか否かを判別する(点火実行インデクス値CRKCNTIGに対応するCRK角度期間の終了時期を示すCRKパルスが発生したか否かを判別する)。

0028

ステップS20の答が否定(NO)であるときは、ステップS19に戻り、肯定(YES)となると、ステップS21に進んで次のCRKパルスが発生したか否かを判別する(ステップS21)。この答が否定(NO)であるときは、ステップS19に戻り、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となる前にステップS21の答が肯定(YES)となると、その時点で点火を実行する(ステップS22)。またステップS21の答が肯定(YES)となる前に、点火待機タイマTMIGEの値が「0」となったときは、ステップS19からステップS22に進み、点火を実行する。

0029

以上のように本実施形態では、エンジン1の運転状態に応じて点火プラグ7による点火実行時期(通電終了時期CIGE)が算出され、通電終了基準時期CIGREから通電終了時期CIGEまでの角度期間が、エンジン回転数NEを用いて点火待機時間TIGEに変換され、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過した時点で点火プラグ7による点火が実行される。エンジン1のクランク軸の回転に同期して6度間隔のCRKパルスが生成され、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過するまでの期間内において(図3、ステップS19の答が肯定となる前に)、CRKパルスに基づいて検出されるクランク角度が点火実行時期CIGEと同一またはより遅角側と判定され(ステップS20の答が肯定となり)、かつその判定時点後に次のCRKパルスが生成された(ステップS21の答が肯定となった)ときは、そのCRKパルス生成時点で点火プラグ7による点火が実行される。したがって、エンジン回転数NEが急激に上昇した場合には、通電終了基準時期CIGREから点火待機時間TIGEが経過する前に、CRKパルスの発生時点で点火プラグ7による点火が実行される。その結果、実際の点火実行時期の遅れを抑制し、点火実行時期の制御精度を従来の制御方法より改善することができる。

0030

また図3に示す点火時期制御処理は、CRKパルスの発生周期(6度)より長い30度周期で実行される。CRKパルスの発生周期で点火時期制御処理を実行することにより、従来の制御手法をそのまま適用しても、エンジン回転数NEが急上昇した場合における点火時期の制御精度を高めることが可能であるが、本実施形態では点火時期制御処理は30度周期で実行され、CRKパルスの発生タイミング割り込み処理(ステップS20,S21)を行うようにしたので、演算装置の処理負荷を軽減することができる。

0031

本実施形態では、クランク角度位置センサ10がクランク角パルス生成手段に相当し、ECU5が点火実行クランク角度算出手段、点火待機時間算出手段、及び点火実行制御手段を構成する。

0032

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では点火時期制御処理の実行周期をクランク角30度として、CRKパルスの発生周期をクランク角6度としたが、点火時期制御処理の実行周期をクランク角15度として、CRKパルスの発生周期をクランク角3度とするといった変形が可能である。

0033

1内燃機関
5電子制御ユニット(点火実行クランク角度算出手段、点火待機時間算出手段、点火実行制御手段)
7点火プラグ
8クランク軸
9クランク角度位置センサ(クランク角パルス生成手段)
CIGE通電終了時期(点火実行時期)
NEエンジン回転数(機関回転速度)
TIGE 点火待機時間
TMIGE 点火待機タイマ

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