JPS62139948A - 筒内直接噴射型内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は筒内直接噴射型内燃機関に関し、特に過給時に
おいて点火プラグのくすぶり対策を行った筒内直接噴射
型ガソリンエンジンの点火時期制御装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

筒内直接噴射型火花点火エンジンは従来知られている。

これは成層吸気によって希薄燃焼を達成しようとするも
のであるが、実際には多くの問題を有しており、例えば
すべての運転条件で良好に成層化することが困難であり
それによって窒素酸化物（ＮＯｘ）や炭化水素（ＩＩＣ
）エミッションが増大してしまうという問題がある。こ
ういった理由からこのタイプのエンジンは現在あまり背
反していない。

一方、過給機付のこのような筒内直接噴射型ガソリンエ
ンジンにおいて混合気の成層化をすることなく出力空燃
比を理論空燃比１４．７に対して出力空燃比１３付近に
設定すると、圧縮行程で多重の燃料を短期間のうちに筒
内に噴射せねばならず、この場合、燃料が筒内で不均一
な分布を持ち点火プラグをくすぶらせるという問題が発
生する。尚、エンジンの効率を高めるために圧縮比を上
げると、ノッキング防止のために噴射時期を遅らせねば
ならず、これによって、より短期間により狭いスペース
に燃料を噴射するのでこの問題は益々大きくなる。

Ｃ問題点を解決するための手段および作用〕本発明は上
述の問題点を解消した筒内直接噴射型内燃機関の点火時
期制御装置を提供することにあり、過給時においては燃
料噴射時期を遅らせ、噴射開始以前の圧縮行程初期又は
吸気行程において一旦多重点火放電を行い、そして噴射
開始後、所定の点火時期に再度放電（着火）させる。こ
の場合、噴射開始以前の多重放電によって電極に耐着し
たカーボンの除去が行われる。また、無過給時において
は噴射時期を吸気行程、圧縮行程初期に設定し、その後
に着火のための放電を行いカーボン除去のための多重放
電を行わないように制御することを特徴とする筒内直接
噴射型内燃機関の点火時期制御装置を提供することにあ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明を適用した筒内直接噴射型内燃機関とそ
の周辺装置の概略ブロック図である。第１図において、
例えば４シリンダのガソリンエンジンｌには噴射ノズル
２８〜２ｄとこれもこ対応して点火プラグ３ａ〜３ｄが
設けられている。各々の点火プラグはハイテンションコ
ード４８〜４ｄを介して点火コイル５８又は５ｂに接続
されている。点火コイル５ａは！ｌ＆Ｌｌおよび障４シ
リンダを、点火コイル５ｂは隘２およびｌ１ｈ３シリン
ダをそれぞれ担持する。即ち、このシステムではディス
トリビュータを不要としている。これは、本発明の装置
では点火放電の期間が長いためディストリビュータによ
る配電は困難なためである。また、電子制御回路７には
クランク角センサ１４からの信号ａと、上死点角センサ
１５からのＴＤＣ信号すと、気筒判別センサ１６からの
信号Ｃが人力される。また、図示しない過給機（スーパ
ーチャージャー）が駆動しているとき、即ち、スーパー
チャージャーの電磁クラッチが直結している時に過給状
態を示す信号ｄが入力される。さらに図示しないエンジ
ン冷却水温センサからの信号ｅも入力される。

電子制御回路７は後述するフローチャートに示す如く、
これらの入力信号に基づいて、放電指示信号ｆ、気筒指
示信号ｇ及びｈをイグナイタ６へ送り、また、燃料噴射
指示信号ｉを駆動部１３に送る。駆動部１３からは各噴
射ノズル２ａ〜２ｄへ信号ライン１７が各噴射ノズルご
とに設けられる。燃料は燃料タンク８から燃料ポンプ９
へ送られ、さらにデリバリパイプ１０で一定圧力に保持
される。いずれかの噴射ノズル２８〜２ｄに信号ライン
１７から噴射指示を示す信号があったとき噴射ノズルは
開弁し、パイプ１０内とほぼ同じ圧力の燃料が噴射され
る。信号ライン１７には噴射指示の制御信号だけでなく
ノズル駆動エネルギの供給信号も担っている。ここでは
高電圧が必要なためバッテリ１１からＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１２により昇圧した後、駆動部１３ヘエネルギが供
給される。

第２図は第１図に示すエンジンの噴射ノズルと点火プラ
グおよび気筒燃焼室の断面図である。第２図において、
噴射ノズル２（２８〜２ｄ）と点火プラグ３　（３８〜
３ｄ）はシリンダへ・／ド２５にネジ止めされている。

燃焼室はこのシリンダヘッド２５とシリンダブロック２
４とピストン２３により取り囲まれる範囲である。吸気
バルブ２１および２２の図示しない後側は強いスワール
を発生させるためにヘリカル状となっている。点火プラ
グ３の先端の一方の電極の周辺の斜線で示す部分にカー
ボンが耐着し“くすぶり１の原因となる。

第３図（ａ）は第１図に示す点火コイルと点火プラグの
詳細回路図である。このタイプでは前述の如くディスト
リビュータを不要としており、点火プラグ３ａおよび３
ｄで同時に放電され一方が着火に用いられる。第３図（
ｂ）は、−次側コイルＬ１　。

Ｌ２の電流波形ＡＬＩ　７　ＡＬ２および二次側コイル
Ｌ３の電流波形Ｖｔ３を示す。トランス３１の二次側コ
イルＬ３には２個の点火プラグ例えば３ａと３ｄが示さ
れている。−次側には、バッテリＢとコイルＬ１とダイ
オード３４とパワートランジスタ３２からなるループと
、バッテリＢとコイルＬ２とダイオード３５とパワート
ランジスタ３３からなるループとが存在する。３６はパ
ルス発生回路であって、イグナイタ６により発せられる
放電指示信号ｋ又はｌを入力すると、この信号の入力さ
れている期間中のみパルス信号を発生する。このパルス
信号とコンピュータ７１からの指令とのＡＮＤがとられ
てパワートランジスタ３２および３３は交互にオン／オ
フし、第３図（ｂ）に示す如き電流波形ＡＬ＋およびＡ
ｌ１を得る。このような電流によって点火プラグにはＶ
Ｌ３の如き交流電圧を発生し、例えば後述する第４図（
ａｌの期間ｔ１〜ｔ２において、多重放電を行う。

第４図（ａｌ　、　（ｂｌは本発明に係る装置の噴射と
点火（放電）のタイムチャートである。第４図（ａ）は
過給時であり、第４図（ｂ）は無過給時である。第４図
（ａｌにおいて、期間ｔ１〜ｔ２でくすぶり除去のため
の放電を行う。この放電は放電指示信号ｋ又はｌによっ
て行われる。この時の行程はおよそ下死点から吸気弁が
閉じるまでの吸気末期から圧縮初期であり、この時には
まだ燃料噴射しないように遅らせており空気のみのため
火炎が発生することな（点火プラグのカーボンを十分に
除去することができる。時刻ｔ２の直後に燃料噴射が噴
射指示信号ｉによって開始され期間Ｔ１だけ継続される
。

この噴射の末期に点火のための正規の放電が期間ｔ３〜
ｔ５において行われる。着火性を考慮して噴射終了の時
刻【４よりも若干早い時刻ｔ３において放電が開始され
る。この時の行程は圧縮後期である。第４図（ｂ）にお
いてはくすぶり対策は行ね。

ない。期間Ｔ２において噴射指示信号ｉにより燃料噴射
される。この時の行程は圧縮初期である。

そして期間ｔ６〜ｔ７において点火のため正規の放電が
放電指示信号ｋ又はｌにより行われる。この時の行程は
圧縮後期である。

第５図は第１図に示す電子制御回路７の詳細ブロック図
である。第５図において、クランク角センサ１４、上死
点角（ＴＤＣ）センサ１５、気筒判別センサ１６、水温
センサ、過給状態センサ等からの信号はＡ／Ｄコンイマ
ータ、マルチプレクサ、入力ボートからなる入力制御回
路７１に入力され、中央処理装置（ＣＰＵ）７２におい
て後述するフローチャートに基づいて放電、噴射等の制
御を行う。７３は所定の制御プログラムを格納するリー
ドオンリーメモリ　（ＲＯＭ）　、７４はデータの一時
格納を行うランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）、７５
は出力ボートである。又、７６および７７は各インジェ
クタ２ａ〜２ｄおよび点火コイル３８〜３ｄの駆動回路
である。

第６図（ａ）　、　（ｂ）は第５回駆動回路の詳細ブロ
ック図である。第６図（ａ）は放電用、第６図（ｂ）は
噴射用の駆動回路である。即ち、点火プラグに対してく
すぶり除去のための放電と点火のための放電を制御する
回路ｔａ）と、噴射ノズル（インジェクタ）に対して開
弁制御する回路（ｂ）である。駆動回路はレジスタ、カ
ウンタ、コンパレータ、スイッチング回路で構成されて
いる。第６図（ｂｌに示す噴射用駆動回路の動作は以下
のようになる。まず、クランク角センサ１４からの信号
ａとＴＤＣセンザ１５からの信号すに基づいて、ＣＰＵ
　７２はＲＡＭのインジェクタを示すカウンタ値に基づ
いて各インジェクタごとに設けられた駆動回路の内から
選択し、インジェクタの開弁時間に相当する値Ｔｉを選
択された駆動回路のレジスタ５２ａ、６３ａに書き込ん
だ後、駆動回路は次の如き動作をする。即ち、先ずカウ
ンタ６４ａがリセットされ、カウンタはクランク軸が１
回転する毎に出力するクランク角センサからのパルス信
号（１０ＣＡ信号）をカウントし始める。このカウント
値と書き込まれたレジスタ６３ａの値とが等しくなった
時にコンパレータ６６ａの出力信号に基づいてインジェ
クタが開いて燃料噴射を開始する。同時にカウンタ６１
ａがリセットされ、このカウンタ６１ａがクロックパル
スをカウントし始める。次いで、このカウント値とレジ
スタ６２ａの値とが等しくなった時にコンパレータ６５
ａの出力信号に基づいてインジェクタを閉じて燃料噴射
を停止する。

第６図（ａｌに示す放電用駆動回路の動作も全く同様に
して行われる。即ち、ＲＡＭの点火コイルを示すカウン
タ値にもとづいて駆動回路が選択され、点火コイルの通
電時間に相当する値Ｔｉをレジスタ６２　、６３に書き
込んだ後、カウンタ６４がリセットされ引き続いてクラ
ンク角センサからのパルス信号（１６ＣＡ）をカウント
開始する。このカウンタ値と書き込まれたレジスタ６３
の値とが等しくなったときにコンパレータ６６の出力信
号にもとづいて通電され点火パルスを放電する。同時に
カウンタ６１がリセットされこのカウンタ６１がクロッ
クパルスをカウントし始める。次いでこのカウント値と
レジスタ６２の値とが等しくなったときにコンパレータ
６５の出力信号にもとづいて通電を停止する。

第７図は、くすぶり除去のための清浄用放電開始の制御
ルーチン（ａ）と点火用放電開始の制御ルーチン（ｂｌ
とを示している。第７図（ａｌにおいて、まず、過給時
か無過給時かの判断、即ち、スーパーチャージの電磁ク
ラッチがオンかオフか判別される（ステップ１）。オフ
の場合にはくすぶり対策は行わず第４図（ｂｌに示すよ
うな放電と噴射が行われる（ステップ２）。過給時の場
合にはくすふり対策を行うための吸気行程の下死点（Ｂ
　Ｄ　Ｃ）で割り込みが行われ（ステップ３）、このと
き第６図（ａｌ　、　（ｂｌのカウンタ６１　、６４　
、６１　ａ　、　６４　ａをリセットする（ステップ４
）。次に清浄用放電開始の時間がＣＰＵ　７２において
計算され（ステップ５）、レジスタ６２へ出力される（
ステップ６）。さらに清浄用放電終了の時期がＣＰＵ　
７２において算出され（ステップ７）、レジスタ６３へ
出力される（ステップ８）。この時点は燃料噴射開始時
期でもあるからレジスタ６３ａの出力はレジスタ６２ａ
に出力される（ステップ９）。そしてＣＰＵ　７２によ
り燃料噴射終了の時期が計算され（ステップ１０）、レ
ジスタ６３ａに出力される。

第７図（ｂｌは点火用放電の制御ルーチンである。

第７図（ｂｌにおいて、（ａ）と同様に過給時か無過給
時かの判断が行われ（ステップ■）、無過給時には前述
と同様（ずぶり対策を廿ず（ステップ２）、過給時にお
いて圧縮行程の所定のクランク角で割り込みが行われる
（ステップ３）。次にカウンタ６１　、６４をリセット
しくステップ４）、点火用放電開始時期の計算がＣＰｔ
１７２において行われ（ステップ５）、レジスタ６２へ
出力される（ステップ６）。さらに、点火用放電終了時
期の計算がＣＰＵ７２において行われ（ステップ７）、
レジスタ６３へ出力される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、筒内直接噴射型エンジンにおいて、過
給時において、燃料噴射時期を遅らせ噴射開始以前の圧
縮行程初期又は吸気行程で一旦多重点火放電を行うよう
にしたので点火プラグに耐着したカーボンを除去するこ
とが出来、くすぶり対策することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した筒内直接噴射型エンジンと
その周辺装置のブロック図、 第２図は、第１図の噴射ノズルと点火プラグおよび気筒
燃焼室の断面図、 第３図（ａｌは、第１図の点火コイルと点火プラグの詳
細回路図、 第３図山）は、第３図（ａ）のコイルの電流及び電圧波
形図、 第４図（ａ）は、過給時の放電及び噴射タイミングチャ
ート、 第４図（ｂｌは、無過給時の放電及び噴射タイミングチ
ャート、 第５図は、第１図に示す電子制御回路の詳細図、第６図
（ａ）　、　（ｂ）は第５図駆動回路の詳細図、第７図
（ａＪは本発明に係る清浄用放電の制御ルーチン、およ
び 第７図（ｂｌは点火用放電の制御ルーチンである。 （符号の説明） ■・・・・・・・・・４シリンダ筒内直接噴射型ガソリ
ンエンジン、 ２８〜２ｄ・・・噴射ノズル ３８〜３ｄ・・・点火プラグ、 ４８〜４ｄ・・・ハイテンションコード、５ａ　、　５
ｂ・・・点火コイル、 ６・・・・・・・・・イグナイタ、 ７・・・・・・・・・電子制御回路、 ８・・・・・・・・・燃料タンク、 ９・・・・・・・・・燃料ポンプ、 １０・・・・・・・・・デリバリパイプ、１１・・・・
・・・・・バッテリ、 １２・・・・・・・・・ＤＣ／　ＤＣコンバータ、１３
・・・・・・・・・駆動部、 １４・・・・・・・・・クランク角センサ、１５・・・
・・・・・・上死点角センサ、１６・・・・・・・・・
気筒判別センサ、２１　、２２・・・・・・吸気バルブ
、２３・・・・・・・・・ピストン、 ２４・・・・・・・・・シリンダブロック、２５・・・
・・・・・・シリンダヘッド。 噴射ノズルと点火プラグおよび （Ｇ） 過給時のタイミングチャート （ａ） 無過給時のタイミングチャート （ｂ） 第４図 電子制御回路詳細図 第５図 清浄用放電の制御ルーチン （ａ） ＄７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　燃料噴射を直接気筒燃焼室内に行う筒内直接噴射
   型内燃機関の点火時期制御装置において、過給時にあっ
   ては、燃料噴射開始以前であって圧縮行程初期段階にお
   いて点火プラグ清浄用の多重点火放電を行い、該多重点
   火放電終了後燃料を噴射するとともに所定の点火時期に
   着火用の放電を行い、無過給時にあっては、圧縮行程初
   期段階において燃料噴射を行い所定の点火時期に着火用
   の放電を行うように構成したことを特徴とする筒内直接
   噴射型内燃機関の点火時期制御装置。