JP2026013000A - 内燃機関の点火制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火コイルへの通電時間を適切なものとして電力の無駄を抑制する。
【解決手段】電源の電圧と回転速度とに基づいて基準通電時間を決定する。内燃機関の燃焼状態に関与する条件に基づいて、内燃機関の燃焼状態が相対的に安定する第１の運転状態であるか相対的に不安定となる第２の運転状態であるかを判別する。実際の内燃機関の燃焼状態を検出して、この実際の燃焼状態の良・悪を判定する。第１の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら（時間ｔ１）、基準通電時間から所定レベルまで通電時間を大きく減少補正し、その後、実際の燃焼状態が悪と判定したら微小量ずつ徐々に通電時間を長く補正する（時間ｔ２，ｔ３）。第２の運転状態であるときは、燃焼状態が良と判定したら、基準通電時間から微小量ずつ徐々に通電時間を短く補正する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の点火コイルへの通電時間を最適化する点火制御技術に関する。

一般に内燃機関の点火装置は、点火コイルの一次コイルに一次電流を通電しかつ遮断することで、二次コイルに接続された点火プラグの電極間に放電が生じる構成であり、基本的に、一次コイルへの通電時間が長いほど大きな点火エネルギが与えられる。

一般に、一次コイルへの通電時間は、バッテリの電圧が低いときには長く、また回転速度が高いときには短く、設定される。

特許文献１には、内燃機関の燃焼状態を検出し、燃焼状態の悪い状態が所定時間継続したときに通電時間を増加補正することが開示されている。

特開２０１０－２７５８７６号公報

バッテリの電圧と回転速度とに基づいて通電時間を一律に決定すると、冷間時等においても確実な着火・燃焼が得られるように余裕を見込んで通電時間を設定せざるを得ず、電力の無駄ひいては燃費の悪化が生じる。

特許文献１では、燃焼状態の悪い状態が継続したときに通電時間が長く与えられるが、その他の条件のときに、必ずしも必要最小限の通電時間に制御されるわけではなく、改善の余地がある。

この発明は、内燃機関の点火コイルへの通電時間として、電源の電圧と回転速度とに基づいて基準通電時間を決定し、この基準通電時間を内燃機関の燃焼状態に関与する条件に基づいて補正する内燃機関の点火制御方法であって、
上記条件に基づき、内燃機関の燃焼状態が相対的に安定する第１の運転状態であるか相対的に不安定となる第２の運転状態であるかを判別し、
実際の内燃機関の燃焼状態を検出して、この実際の燃焼状態の良・悪を判定し、
上記第１の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、燃焼状態の悪化が生じ得る所定レベルまで通電時間を大きく減少補正し、その後、実際の燃焼状態が悪と判定したら微小量ずつ徐々に通電時間を長く補正し、
上記第２の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、微小量ずつ徐々に通電時間を短く補正する。

すなわち、内燃機関の燃焼状態が相対的に安定であると考えられる第１の運転状態であるときには、燃焼状態が良と判定したら、燃焼状態の悪化が生じ得る所定レベルまで通電時間を一旦大きく減少補正する。その後、実際の燃焼状態が悪と判定したら微小量ずつ徐々に通電時間を長く補正していく。従って、燃焼状態が悪化しない範囲で通電時間が短くなる。

一方、内燃機関の燃焼状態が相対的に不安定となる第２の運転状態であるときには、燃焼状態が良と判定したら、基準通電時間から微小量ずつ徐々に通電時間を短く補正する。従って、通電時間が過度に短くなることによる失火を回避しつつ、通電時間が実際の燃焼状態に対応したものとなる。

この発明によれば、点火コイルへの通電時間を種々の条件や実際の燃焼状態に応じて適切なものとすることができ、失火を回避しつつ無駄な電力消費を抑制することができる。

シリーズハイブリッド車両の構成説明図。 一実施例の点火装置を備えた内燃機関の構成説明図。 第１の運転状態における通電時間の変化の例を示すタイムチャート。 第２の運転状態における通電時間の変化の例を示すタイムチャート。 バッテリの電力消費が要求されたときの通電時間の変化を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用される車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を蓄えるバッテリ５と、を備えて構成されている。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。

モータジェネレータ１，４の動作やバッテリ５の充放電および内燃機関２の運転は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、モータジェネレータ１，４を制御するモータコントローラ７や内燃機関２を制御するエンジンコントローラ８、バッテリ５を管理するバッテリコントローラ９など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ６には、図示しないアクセルペダルの開度や車速等の情報が入力される。またバッテリコントローラ９は、バッテリ５の電圧・電流に基づいてバッテリ５のＳＯＣを求める。ＳＯＣが所定の下限レベルまで低下したときには、エンジンコントローラ８を介して内燃機関２が始動され、発電が行われる。このようなシリーズハイブリッド車両の運転モードとしては、内燃機関２の燃焼運転を伴わずにバッテリ５の電力でもって走行するＥＶモードと、内燃機関２の燃焼運転による発電を行いながら走行を行うＨＥＶモードと、がある。また、ＳＯＣが下限レベル以上であっても、車両の要求駆動力が比較的大きいときには、内燃機関２が駆動され、ＨＥＶモードでの走行となる。

内燃機関２は、４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関いわゆるガソリン機関である。図２は、点火装置を備えた内燃機関２のシステム構成を示している。内燃機関２の複数のシリンダ１２の各々には、ピストン１３が配置されているとともに、吸気弁１４によって開閉される吸気ポート１５および排気弁１６によって開閉される排気ポート１７がそれぞれ接続されている。また、筒内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁１８が配置されている。この燃料噴射弁１８の燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジンコントローラ８によって制御される。そして、上記燃料噴射弁１８によって筒内に生成された混合気の点火を行うために、例えば天井面中央に点火プラグ１９が配置されている。なお、図示例は、筒内直接噴射式内燃機関として構成されているが、吸気ポート１５に燃料噴射弁を配置したポート噴射型の構成であってもよい。上記エンジンコントローラ８には、吸入空気量を検出するエアフロメータ３１、機関回転速度を検出するクランク角センサ３２、冷却水温を検出する温度センサ３３、大気圧を検出する大気圧センサ３４、バッテリ電圧センサ３５、などの多数のセンサ類からの検出信号が入力されている。

上記点火プラグ１９には、各気筒毎に、エンジンコントローラ８からの点火信号に応答して点火プラグ１９に放電電圧を出力する点火ユニット２１が接続されている。点火ユニット２１は、公知のものであるので、詳細には図示しないが、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルと、この点火コイルの一次コイルに対する一次電流の通電・遮断を制御するイグナイタと、を含んで構成されている。点火ユニット２１には、電源２２が接続されている。この電源２２の電圧はバッテリ電圧センサ３５によって検出される。一実施例においては、点火装置の電源２２として走行システムのバッテリ５が共用されている。なお、走行システムのバッテリ５の電圧が高い場合は、適当な電圧に変換した上で用いることが可能である。あるいは、走行システムのバッテリ５とは別の車両電装品用の１２～４８Ｖ程度の補機バッテリを電源２２として用いてもよい。

点火装置では、よく知られているように、エンジンコントローラ８からの点火信号によりイグナイタを介して一次コイルに一次電流が通電され、その後、目標の点火時期に沿って通電が遮断される。この一次電流の遮断に伴って二次コイルに高い放電電圧が発生し、点火プラグ１９の電極間で放電が生じる。このときの放電エネルギは、基本的には一次電流の通電時間に相関し、また、バッテリ電圧が低いときは同じ放電エネルギを得るために相対的に長い通電時間が必要となる。従って、エンジンコントローラ８は、電源２２の電圧と回転速度とをパラメータとした基準通電時間マップを備えており、この基準通電時間マップに従って、基準通電時間が決定される。そして、この基準通電時間を内燃機関２の燃焼状態に関与する条件に基づいて補正することで最終的な通電時間が設定される。上記基準通電時間マップは、電圧が低いほど通電時間が長くなり、回転速度が高いほど通電時間が短くなる特性を有する。基準通電時間は、着火・燃焼にとって悪い条件下であっても確実な着火・燃焼が得られるように余裕を見込んだ長さに設定される。なお、通電時間が過度に長いと点火プラグ１９の劣化・損傷を招くので、このような劣化・損傷を招来しない範囲で比較的長い時間に基準通電時間が設定されている。

次に、図３および図４のタイムチャートを参照して、一実施例の通電時間制御について説明する。一実施例においては、内燃機関２の燃焼状態に関与する条件（内燃機関２の冷却水温等の運転条件や大気圧等の環境条件を含む）に基づいて、現在の内燃機関２の状態が、内燃機関２の燃焼状態が相対的に安定する第１の運転状態と、相対的に不安定となる第２の運転状態と、のいずれに属するかを判別する。

例えば、暖機完了後のストイキ燃焼時、暖機完了後のアイドル運転時、車両のコースト運転時、は、燃焼状態が安定した第１の運転状態であると判別する。つまり、比較的に小さな点火エネルギでもって安定した着火・燃焼が可能と考えられる状態が相当する。

また、冷間運転時、大量排気還流運転時、リーン燃焼時、は、燃焼状態が不安定化しやすい第２の運転状態であると判別する。つまり、点火エネルギが不十分であると失火が生じやすい状態が相当する。

さらに、運転中の実際の内燃機関２の燃焼状態を検出し、燃焼状態の良・悪の判定を行う。燃焼状態の検出は、いかなる方式によるものであってもよい。例えば、クランクシャフト回転速度の微小変化、燃焼圧のばらつき、等から内燃機関２の燃焼状態を検出することができる。

図３は、内燃機関２の状態が第１の運転状態である場合の最終的な通電時間の変化を示している。例えば、内燃機関２の回転速度がある回転速度に変化したときに、初期のサイクルは基準通電時間でもって点火が開始される。その後、時間ｔ１において、燃焼状態が良であると判定されたら、ある所定レベルまで通電時間を大きく減少補正する。これは、例えば、ある補正係数の乗算、ある補正量の減算、等で実現される。このときの通電時間は、燃焼状態の悪化が生じ得るレベルであってもよく、平均的な通電時間の短縮のために、失火が生じない範囲でできるだけ短いレベルにまで補正する。その後、時間ｔ２において、通電時間が短いことにより、実際の燃焼状態が悪であると判定したら、通電時間を所定の微小量だけ延長する（つまり、基準通電時間に近付ける）。さらに、図示例では、時間ｔ３において、実際の燃焼状態が悪であると判定されており、これによって、再び、通電時間が微小量だけ延長される。なお、燃焼状態の良・悪の判定は、所定の時間ないし所定サイクル数、良・悪の検出が継続したときに行うことが望ましい。あるいは、１サイクルでも失火が検出されたときに燃焼状態が悪であると判定するようにしてもよい。

このように、第１の運転状態の場合は、一旦大きく通電時間を短くした上で、実際の燃焼状態に応じて徐々に通電時間を長くしていくので、平均的な通電時間が短くなり、消費電力の削減が図れる。なお、第１の運転状態では、相対的に安定であるので、時間ｔ１において通電時間を大きく減少しても、失火は生じにくい。

図４は、内燃機関２の状態が第２の運転状態である場合の最終的な通電時間の変化を示している。この場合も、例えば、内燃機関２の回転速度がある回転速度に変化したときに、初期のサイクルは基準通電時間でもって点火が開始される。その後、時間ｔ１１において、燃焼状態が良であると判定されたら、所定の微小量だけ通電時間を減少補正する。その後、時間ｔ１２において、実際の燃焼状態が良であると判定されたら、通電時間に余裕があると考えられるので、再度、所定の微小量だけ通電時間を減少補正する。図示例では、さらに時間ｔ１３において燃焼状態が良であると判定されており、所定の微小量だけ通電時間が減少している。

このように、第２の運転状態の場合は、基準通電時間から燃焼状態が悪化しない範囲で徐々に通電時間を減少補正していくので、通電時間の短縮に伴う失火を回避することができ、失火を回避しつつ通電時間を適切な長さとすることができる。

本実施例では、内燃機関２の状態が基本的に安定している場合は図３のような態様で、基本的に不安定な場合は図４のような態様で、それぞれ通電時間が実際の燃焼状態に応じた長さに調整されるので、失火を回避しつつ電力の無駄を最大限に抑制できる。

次に、図５は、上述したようなシリーズハイブリッド車両において、点火装置の電源２２として走行システムのバッテリ５と共用した場合の通電時間制御の例を示したタイムチャートである。シリーズハイブリッド車両を含むハイブリッド車両においては、長い下り坂の走行での回生等によってバッテリ５の充電量が飽和することがある。このような場合に、例えば時間ｔ２１においてバッテリ５の電力消費が要求されたら、通電時間を可能な範囲で長くする。例えば、燃焼状態が良好な場合であっても、通電時間を基準通電時間とする。あるいは、点火プラグ１９の劣化・損傷を招来しない範囲で基準通電時間よりも長い通電時間を設定してもよい。

これにより、バッテリ５の電力消費を行うことができる。なお、点火回数を増やしてトータルの通電時間を長くするようにしてもよい。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。上記実施例ではシリーズハイブリッド車両の発電用内燃機関に適用した例を説明したが、本発明は、車両の走行駆動源となる内燃機関の点火装置にも適用が可能である。

１…発電用モータジェネレータ
２…内燃機関
４…走行用モータジェネレータ
５…バッテリ
８…エンジンコントローラ
１９…点火プラグ
２１…点火ユニット
２２…電源
３５…電圧センサ

Claims (6)

1. 内燃機関の点火コイルへの通電時間として、電源の電圧と回転速度とに基づいて基準通電時間を決定し、この基準通電時間を内燃機関の燃焼状態に関与する条件に基づいて補正する内燃機関の点火制御方法であって、
   上記条件に基づき、内燃機関の燃焼状態が相対的に安定する第１の運転状態であるか相対的に不安定となる第２の運転状態であるかを判別し、
   実際の内燃機関の燃焼状態を検出して、この実際の燃焼状態の良・悪を判定し、
   上記第１の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、燃焼状態の悪化が生じ得る所定レベルまで通電時間を大きく減少補正し、その後、実際の燃焼状態が悪と判定したら微小量ずつ徐々に通電時間を長く補正し、
   上記第２の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、微小量ずつ徐々に通電時間を短く補正する、
   内燃機関の点火制御方法。
2. 上記条件として、暖機完了後のストイキ燃焼時、暖機完了後のアイドル運転時、車両のコースト運転時、は、上記第１の運転状態であると判別する、
   請求項１に記載の内燃機関の点火制御方法。
3. 上記条件として、冷間運転時、大量排気還流運転時、リーン燃焼時、は上記第２の運転状態であると判別する、
   請求項１に記載の内燃機関の点火制御方法。
4. 上記内燃機関は、シリーズハイブリッド車両において発電機を駆動する発電用内燃機関である、
   請求項１に記載の内燃機関の点火制御方法。
5. 上記バッテリの電力消費が要求されたときに、燃焼状態に拘わらずに、通電時間を上記基準通電時間もしくはこれよりも長い所定の通電時間に設定する、
   請求項４に記載の内燃機関の点火制御方法。
6. 内燃機関の点火コイルへの通電時間として、電源の電圧と回転速度とに基づいて基準通電時間を決定し、この基準通電時間を内燃機関の燃焼状態に関与する条件に基づいて補正する内燃機関の点火制御装置であって、
   上記条件に基づき、内燃機関の燃焼状態が相対的に安定する第１の運転状態であるか相対的に不安定となる第２の運転状態であるかを判別し、
   実際の内燃機関の燃焼状態を検出して、この実際の燃焼状態の良・悪を判定し、
   上記第１の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、燃焼状態の悪化が生じ得る所定レベルまで通電時間を大きく減少補正し、その後、実際の燃焼状態が悪と判定したら微小量ずつ徐々に通電時間を長く補正し、
   上記第２の運転状態であるときに燃焼状態が良と判定したら、微小量ずつ徐々に通電時間を短く補正する、
   内燃機関の点火制御装置。