JP2000291519A

JP2000291519A - 内燃機関の点火装置

Info

Publication number: JP2000291519A
Application number: JP11100122A
Authority: JP
Inventors: Takanao Koseki; 孝尚小関
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に応じた点火特性が得られ
るようにする。【解決手段】始動時、暖機完了前(Ｓ１２) 、成層燃焼
時(Ｓ１５) は、大きな点火エネルギを発生し得る点火
コイルの通電時間を長めの基本通電時間に設定して、２
次電圧の立ち上がりが速く放電時間が長い特性とし、Ｅ
ＧＲ率の減少、目標当量比の増大に応じて、基本通電時
間を減少補正し(Ｓ１１,Ｓ１４) 、失火時は通電時間を
増大補正し(Ｓ２０) 、ノッキング時は通電時間を短縮
補正する(Ｓ２２) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火装
置に関し、特に、機関の運転状態に応じた点火特性が得
られるようにした技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の点火装置における点火コイル
の特性としては、点火栓のくすぶりに対して良好な着火
特性を得るため２次電圧の立ち上がり速度が速い特性が
要求されると共に、着火後に安定した燃焼性を得るため
放電時間が長い特性が要求される。

【０００３】特に、近年の車両用内燃機関のように、燃
費や排気浄化性能向上のため、均質リーン燃焼や成層燃
焼としてリーン化を促進したり、均質ストイキ燃焼で大
量のＥＧＲを行うようにしたものでは、燃焼安定限界拡
大のため、放電時間がより長い特性が要求されるが、一
方では、上記目的のため点火栓電極の間隙を広げたり、
カーボン発生量の多いガソリン筒内燃焼方式とした場合
は、点火栓のくすぶりによる始動不良やアイドル時の回
転変動を防止するため、点火コイルの２次電圧の立ち上
がり速度をより速くする要求もある。

【０００４】上記のように、２次電圧の立ち上がり速度
が速く、かつ、放電時間が長い特性を同時に確保するた
めには、点火コイルの１次側と２次側との巻き数比を小
さくかつ点火コイルの１次側のインダクタンスを増し
て、大きな点火エネルギが発生するようにする必要があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように点火エネルギを大きくした点火コイルを使用し
て、通常の点火制御のように運転状態に関係なく一定の
通電時間で制御して、常に最大の点火エネルギを発生さ
せると、消費電力が増大して燃費が悪化するだけでな
く、点火コイルの発熱と点火栓電極の摩耗が問題とな
る。

【０００６】また、点火コイルの通電時間を、点火時期
や点火栓電により決定される要求放電電圧に応じて可変
に制御するようにしたもの（特開平１０−４７１２６３
号公報参照）、あるいは、失火の有無に応じて可変に制
御するようにしたもの（特開平６−１２９３３３号公報
参照）があるが、リーン燃焼時や大量ＥＧＲ時には、放
電電圧が小さくても大きな点火エネルギが要求され、ま
た、失火検出後に通電時間を増大する制御では、失火を
未然に抑制できない。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、機関の運転状態に応じて、必要最小
限の点火エネルギが供給されるようにして上記課題を解
決した内燃機関の点火装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため請求項１に係る
発明は、図１に示すように、機関の運転状態を検出する
運転状態検出手段と、点火コイルの通電時間を、前記運
転状態検出手段によって検出される運転状態毎の２次電
圧立ち上がり速度と放電時間との要求に応じて制御する
通電時間制御手段と、を含んで構成したことを特徴とす
る。

【０００９】請求項１に係る発明によると、点火コイル
の通電時間の増大に応じて通電遮断時の１次電流が増大
し、これに応じて２次電圧の立ち上がり速度、放電時
間、消費電力が増大する。

【００１０】したがって、機関運転状態毎の２次電圧立
ち上がり速度と放電時間との要求を満たすため、必要最
小限の点火エネルギを発生するように通電時間を制御す
ることにより、消費電力を極力節減して点火コイルや点
火栓の耐久性を良好に維持しながら、あらゆる運転状態
で点火性能を良好に維持することができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記通電時
間制御手段は、始動時、暖機完了前、成層燃焼時は、大
きめの値に設定された基本通電時間に制御し、均質スト
イキ燃焼時はＥＧＲ率に応じて、また、均質リーン燃焼
時は当量比に応じて前記基本通電時間を減少補正して制
御することを特徴とする。

【００１２】請求項２に係る発明によると、始動時や暖
機完了前は、点火コイルは大きめに設定された基本通電
時間で通電されるので、２次電圧の立ち上がり速度が十
分速く制御され、耐くすぶり性が確保されて良好な点火
性能が得られる。

【００１３】また、成層燃焼時は、点火栓周りのリッチ
な混合気に対しては、くすぶりに対して良好な着火性能
が得られるように２次電圧の立ち上がり速度が速い特性
が要求されると共に、外側のリーン混合気に対しては安
定した燃焼状態を維持できるように放電時間が長い特性
が要求されるが、通電時間を前記基本通電時間ｔｏに制
御することにより、これら両特性が同時に満たされる。

【００１４】また、均質ストイキ燃焼でＥＧＲを行って
いるときには、安定した燃焼性を確保するため点火コイ
ルの放電時間を大きくする必要があるが、図２に示すよ
うに、ＥＧＲ率が減少するに従って安定限界放電時間が
減少するので、ＥＧＲ率に応じて前記基本通電時間を短
縮補正することで、必要かつ十分な点火エネルギを発生
させて、良好な点火性能を得られる。

【００１５】また、均質リーン燃焼時は、安定した燃焼
性を確保するため点火コイルの放電時間を大きくする必
要があるが、図３に示すように、目標当量比が増大する
に従って安定限界放電時間が減少するので、目標当量比
に応じて前記基本通電時間を短縮補正することで、必要
かつ十分な点火エネルギを発生させて、良好な点火性能
を得られる。

【００１６】また、請求項３に係る発明は、前記点火制
御手段は、失火発生時は通電時間を増大補正して制御す
ることを特徴とする。

【００１７】請求項３に係る発明によると、くすぶりに
よる失火に対しては２次電圧の立ち上がり速度をより速
くする要求があり、過剰リーンによる失火に対しては放
電時間をより長くする要求があるが、いずれの場合も、
通電時間を増大補正して点火エネルギを増大することに
より、これらの要求を満たして失火を速やかに防止する
ことができる。

【００１８】また、請求項４に係る発明は、前記点火制
御手段は、ノッキング発生時は通電時間を減少補正して
制御することを特徴とする。

【００１９】請求項４に係る発明によると、即ち、ノッ
キング発生時は、高温となる点火栓の先端部が、ノッキ
ングの連続発生に誘発されてプレイグニッションを引き
起こす熱面着火源となるため、通電時間を短縮補正して
放電時間を短縮することにより、前記点火栓先端部の温
度が下げられ、プレイグニッションを回避できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る内燃機関の点
火装置の実施形態について説明する。図4は本発明の一
実施形態に係る点火装置を備えた内燃機関のシステム構
成を示す。図において、アクセル開度センサ１は、ドラ
イバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を
検出する。

【００２１】クランク角センサ２は、単位クランク角毎
のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発
生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計
測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計
測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。

【００２２】エアフローメータ３は、機関４への単位時
間当りの吸入空気量を検出する。水温センサ５は、機関
４の冷却水温度を検出する。機関４のシリンダ部には、
燃焼室６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７、燃焼室
６内で火花点火を行う点火栓８が設けられる。また、１
次側コイルと２次側コイルとの巻き数比を小さく、か
つ、１次側コイルのインダクタンスを増すことにより、
通電時間を最大限大きくした場合には、２次電圧の立ち
上がり速度が極めて速く、かつ、放電時間が極めて長く
なる特性を有した点火コイル９が設けられ、該点火コイ
ル９は、パワートランジスタのオン・オフを介して通電
駆動されるように構成されている。

【００２３】そして、低・中負荷領域では、燃焼室６内
に圧縮行程で燃料噴射することにより、燃焼室６内の点
火栓８周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行
い、高負荷領域では燃焼室６内に吸気行程で燃料噴射す
ることによりシリンダ全体に略均質な混合比の混合気を
形成して均質燃焼を行なうことができるようになってい
る。

【００２４】また、機関４の吸気通路１１には、スロッ
トル弁１２が介装され、該スロットル弁１２の開度を電
子制御可能なスロットル弁制御装置１３と、スロットル
弁１２の開度を検出するスロットルセンサ１４とが備え
られている。

【００２５】一方、機関４の排気通路１５には、排気中
の酸素等の特定成分から空燃比を検出する空燃比センサ
１６、上流側排気浄化触媒１７、下流側排気浄化触媒１
８、マフラー１９が設けられている。この他、ノッキン
グの発生状態を検出するノックセンサ２０が設けられ
る。

【００２６】前記各種センサ類及びイグニションスイッ
チING SW,スタータスイッチST SW,バッテリ電圧Ｖｂ
等の検出信号は、コントロールユニット２１へ入力さ
れ、該コントロールユニット２１は、前記センサ類から
の信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロ
ットル弁制御装置１３を介してスロットル弁９の開度を
制御し、前記燃料噴射弁７を駆動して燃料噴射量を制御
し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓８を点
火させる制御を行う。

【００２７】さらに、機関の排気通路１５から吸気通路
１１に排気の一部を還流するＥＧＲ通路２２と、該ＥＧ
Ｒ通路２２に介装されたＥＧＲバルブ２３からなるＥＧ
Ｒ装置が設けられる。該ＥＧＲは、前記コントロールユ
ニット２１からの制御信号に基づいて行なわれ、理論空
燃比でのフィードバック制御による均質ストイキ燃焼時
には、大きなＥＧＲ率でＥＧＲ制御が実行される。ま
た、前記成層燃焼時にもＥＧＲ制御が実行されるが、成
層燃焼から切り換えられる均質リーン燃焼では、禁止さ
れる。

【００２８】図５は、同上実施形態の機能構成を示す。
目標トルク設定部は、アクセル開度と機関回転速度とに
基づいて、機関の目標トルクをマップからの検索等によ
り設定する。

【００２９】目標ＥＧＲ量及び目標新気量演算部は、前
記演算された目標トルクと機関回転速度とに基づいて目
標ＥＧＲ量及び目標新気量を演算する。ＥＧＲバルブ開
度及びスロットル開度演算部は、前記演算された目標Ｅ
ＧＲ量及び目標新気量に基づいて、目標ＥＧＲ率を演算
し、該目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲバルブ開度及びスロ
ットル開度を演算する。

【００３０】目標当量比演算部は、機関回転速度，目標
トルク，水温等に基づいて、目標当量比を演算する。詳
細には、前記各パラメータに基づいて燃焼状態［成層燃
焼と均質燃焼(均質リーン燃焼，均質ストイキ燃焼，均
質リッチ燃焼)］の切換判断を行い、各燃焼状態に応じ
た目標当量比を設定する。

【００３１】点火時期演算部は、吸入空気量計測部から
の機関の負荷信号である基本噴射パルス幅と機関回転速
度の他、前記目標当量比、目標ＥＧＲ率、ノック検出部
からのノッキング信号等に基づいて、点火時期を演算す
る。ここで、該点火時期は、前記第１点火コイル９と第
２点火コイル１０とに対して、それぞれの通電遮断時期
として演算される。

【００３２】点火信号出力部は、前記点火時期信号,ノ
ッキング信号,目標ＥＧＲ率信号,目標当量比信号の他、
機関の回転変動等により失火の有無を判定する失火判定
部からの失火判定結果、イグニッションスイッチ,スタ
ータスイッチ，バッテリ電圧の各信号に基づいて、前記
第１点火コイル９及び第２点火コイル１０のいずれか又
は双方の駆動を選択し、該選択された点火コイルを駆動
して演算された点火時期に点火を行わせる。

【００３３】以下に、同上装置による具体的な点火時期
制御を図６、図７に示したフローチャートに従って説明
する。ステップ１では、イグニッションスイッチING S
Wがオンであるか否かを判定し、オフのときはこのルー
チンを終了し、オンのときはステップ２へ進む。

【００３４】ステップ２では、点火コイル９の通電時間
ｔの基本通電時間ｔｏを設定する。該基本通電時間ｔｏ
は、図８に示すように、該点火コイル９を最大の点火エ
ネルギで飽和させる通電時間よりは短いが、十分大きめ
の値に設定されている。

【００３５】ステップ３では、前記基本通電時間ｔｏを
バッテリ電圧Ｖｂに応じて補正する。即ち、バッテリ電
圧Ｖｂが低いときほど同一の点火エネルギを蓄積するの
に時間を要するので通電時間を長引かせる補正を行う。

【００３６】次いでステップ４では、スタータスイッチ
ST SWがオンであるか否かを判定し、オンのときはステ
ップ５以降へ進む。ステップ５では、後述する通電時間
の演算式において、始動時には燃焼状態による補正、失
火の有無に応じた補正、ノッキングの有無に応じた補正
を行わないので、燃焼補正係数ｋ１、失火補正係数ｋ
２、ノッキング補正係数ｋ３をそれぞれ１にセットす
る。

【００３７】ステップ６では、最終的な通電時間ｔを以
下の演算式により算出する。ｔ＝ｔｏ×ｋ１×ｋ２×ｋ３ステップ７では、機関回転速度Ｎｅを読み込む。

【００３８】ステップ８では、前記通電時間ｔを機関回
転速度Ｎｅにより、通電クランク角ｃａｔに変換してセ
ットする。これにより、前記通電時間ｔだけ点火コイル
９が通電された後、設定点火時期に通電が遮断されて点
火が行われる。

【００３９】このように、始動時（クランキング時）に
は、点火コイル９は十分大きめに設定された基本通電時
間ｔｏで通電されるので、図９（Ｂ）に示すように、２
次電圧の立ち上がり速度が十分速く制御され、耐くすぶ
り性が確保されて良好な点火性能ひいては良好な始動性
が得られる。

【００４０】また、ステップ３で、スタータスイッチST
SWがオフ、つまり始動後と判定された場合は、ステッ
プ９以降へ進む。ステップ９では、目標当量比が１以上
か否かを判定する。

【００４１】そして、目標当量比が１以上の均質ストイ
キ燃焼又は均質リッチ燃焼と判定されたときは、ステッ
プ１０へ進み、水温が所定値例えば６０°Ｃ以上で暖機
完了しているか否かを判定し、暖機が完了していると判
定された場合は、ステップ１１へ進んでＥＧＲ率補正テ
ーブルに基づいて燃焼補正率≦１とする通電時間の短縮
補正を行う。即ち、図２に示すように、均質ストイキ燃
焼で大量のＥＧＲを行っているときには、安定した燃焼
性を確保するため点火コイル９の放電時間を十分大きく
する必要があるが、ＥＧＲ率が減少するに従って安定限
界放電時間が減少するので、これに応じて燃焼補正係数
ｋ１を減少して通電時間を短縮補正する。

【００４２】また、ステップ１０で暖機完了前と判定さ
れたときは、冷機時の安定した着火燃焼性を確保するた
め、ステップ１２へ進んで通電時間を前記基本通電時間
ｔｏに維持するように前記燃焼補正係数ｋ１を１にセッ
トする。

【００４３】また、ステップ９で目標当量比が１未満の
リーン燃焼と判定されたときは、ステップ１３へ進んで
均質リーン燃焼か否かを判定し、均質リーン燃焼と判定
された場合は、ステップ１４へ進み、目標当量比補正テ
ーブルに基づいて燃焼補正率≦１とする通電時間の短縮
補正を行う。即ち、図３に示すように、リーン燃焼を行
うときは、安定した燃焼性を確保するため点火コイル９
の放電時間を十分大きくする必要があるが、目標当量比
が増大(リーン度が減少) するに従って安定限界放電時
間が減少するので、これに応じて燃焼補正係数ｋ１を減
少して通電時間を短縮補正する。

【００４４】また、ステップ１３で均質リーン燃焼でな
いと判定された場合は、成層燃焼を行っている場合であ
り、この場合は、ステップ１５へ進んで燃焼補正率ｋ１
を１にセットする。即ち、成層燃焼では点火栓周りのリ
ッチな混合気に対しては、くすぶりに対して良好な着火
性能が得られるように２次電圧の立ち上がり速度が速い
特性が要求され、また、外側のリーン混合気に対しては
安定した燃焼状態を維持できるように放電時間が長い特
性が要求される。そこで、通電時間を前記基本通電時間
ｔｏに維持して、これら両特性が同時に満たされるよう
にする。

【００４５】このように、燃焼状態やＥＧＲ率に応じた
通電時間の設定を行った後、ステップ１６へ進んで失火
の有無を機関回転変動レベル等によって判定し、失火無
しと判定された場合は、失火補正を行わないのでステッ
プ１７へ進んで失火補正係数ｋ２を１にセットする。次
いで、ステップ１８へ進んでノッキングの有無を判定す
る。ここで所定レベル以上のノッキングが発生している
とき、例えばノッキング発生状態が所定時間持続してい
るときノッキング有りとの判定が下される。そして、ノ
ッキング無しと判定されたときは、ノッキング補正を行
わないので、ステップ１９へ進んでノッキング補正係数
ｋ３を１にセットする。

【００４６】上記のように、失火も、ノッキングも発生
しなかった場合は、ステップ６以降へ進み、燃焼状態や
ＥＧＲ率に応じた通電時間で点火コイル９を通電制御す
る。また、ステップ１６で失火ありと判定された場合
は、ステップ２０へ進んで通電時間を増大補正するた
め、失火補正係数ｋ２を１より大の値に設定し、ステッ
プ２１でノッキング補正係数ｋ３を１にセットした後、
ステップ６以降へ進んで点火コイル９を通電制御する。

【００４７】即ち、失火には、くすぶりによる失火と空
燃比が過剰にリーンであることによる失火との２つの場
合が想定され、くすぶりによる失火に対しては２次電圧
の立ち上がり速度をより速くする要求があり、過剰リー
ンによる失火に対しては放電時間をより長くする要求が
あるため、いずれの場合も、通電時間を増大補正して点
火エネルギを増大することにより、これらの要求を満た
して失火を速やかに防止する。この場合、成層燃焼時
や、ＥＧＲ率,均質リーン度を十分大きくした状態での
燃焼時には、通電時間は図９(Ｃ) に示すように、前記
基本通電時間ｔｏより長く最大限まで増大され、これに
より、２次電圧の立ち上がり速度が最大限短縮されると
共に、放電時間は最大限増大される。なお、簡易的、か
つ、より確実に失火を防止するため、失火発生時は、無
条件で通電時間を最大限に増大する補正を行うようにし
てもよい。

【００４８】一方、ステップ１８でノッキング有りと判
定された場合には、ステップ２２へ進んで通電時間を減
少補正するため、ノッキング補正係数ｋ３を１より小の
値に設定した後、ステップ６以降へ進んで点火コイル９
を通電制御する。即ち、ノッキング発生時はノッキング
の連続発生に誘発されて、機関損傷の原因となるプレイ
グニッションを発生する。このときプレイグニッション
を引き起こす熱面着火源となるのが、高温となる点火栓
の先端部であり、該先端部温度を下げる手段として、放
電時間を短縮することが有効となるため、通電時間を短
縮する。これにより、図９(Ａ) に示すように、２次電
圧の立ち上がり速度が増大すると共に放電時間が短縮し
た特性が得られる。なお、ノッキング発生時には、別途
行われる点火時期のリタード制御が併用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】点火コイルの放電時間とＥＧＲ限界との関係
を示す図。

【図３】点火コイルの放電時間とリーン限界当量比と
の関係を示す図。

【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火装
置のシステム構成を示す図。

【図５】同上実施形態の機能構成を示すブロック図。

【図６】同上実施形態の点火制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図７】同上実施形態の点火制御ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図８】同上実施形態の通電時間と２次電圧立ち上が
り速度及び放電時間との関係を示す図。

【図９】同上実施形態の点火コイルの通電時間と放電
特性との関係を示す図。

【符号の説明】

４内燃機関７燃料噴射弁８点火栓９点火コイル２１コントロールユニット２２ＥＧＲ通路２３ＥＧＲバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、点火コイルの通電時間を、前記運転状態検出手段
によって検出される運転状態毎の２次電圧立ち上がり速
度と放電時間との要求に応じて制御する通電時間制御手
段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の点
火装置。
【請求項２】前記通電時間制御手段は、始動時、暖機完
了前、成層燃焼時は、大きめの値に設定された基本通電
時間に制御し、均質ストイキ燃焼時はＥＧＲ率に応じ
て、また、均質リーン燃焼時は当量比に応じて前記基本
通電時間を減少補正して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点火装置。
【請求項３】前記点火制御手段は、失火発生時は通電時
間を増大補正して制御することを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の内燃機関の点火装置。
【請求項４】前記点火制御手段は、ノッキング発生時は
通電時間を減少補正して制御することを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の点火
装置。