内燃机的点火装置以及点火方法
【专利摘要】内燃机(1)的点火单元(4)具备：点火线圈(21)，其包含一次线圈(21a)以及二次线圈(21b)；点火器(22)；以及二次电流检测用电阻(23)。发动机控制器(10)经由二次电流检测用电阻(23)而对电容放电刚结束之后的二次电流的电流值(Idis)进行检测。该电流值(Idis)与点火定时的电极间的气体压力相关，因此能够根据电流值(Idis)而推定出缸内压力(Pign)。基于点火定时的缸内压力(Pign)而求出因沉积物的堆积引起的压缩比随时间的变化量(Δε)。
【专利说明】
内燃机的点火装置以及点火方法
技术领域
[0001]本发明涉及以一次电流对点火线圈的一次线圈通电且将该一次电流切断，由此使与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压的内燃机的点火装置以及点火方法的改进。
【背景技术】
[0002]在利用点火线圈的点火装置中，在以一次电流对一次线圈通电之后，在规定的点火定时将一次电流切断，由此在二次线圈产生较高的放电电压，伴随着混合气体的绝缘破坏而在火花塞的电极间产生放电。详细而言，瞬间地产生极高电压的电容放电，接着产生感应放电。而且，在感应放电的期间，在电极间流动的二次电流从开始放电起随着时间的经过而以三角波状比较急剧地减小。
[0003]专利文献I中公开了下述技术，S卩，对在火花塞的电极间流动的二次电流的电流值进行检测，在二次电流的电流值在从产生点火指令信号时起经过规定时间之前小于或等于规定值时，判定为失火。
[0004]在该专利文献I中，未公开二次电流与压缩比的关联。
[0005]另一方面，专利文献2中公开了下述技术，S卩，在内燃机刚启动之后进行未伴随有燃料喷射的曲轴启动，利用向各气缸导入的吸入气体的温度与从各气缸排出的排气端口内的气体温度，分别推定各气缸的压缩比。在该专利文献2中，利用各气缸的压缩比的波动，例如进行每个气缸的燃料喷射量的校正等。
[0006]然而，在这种结构中，在各气缸的排气端口分别配置有温度传感器，结构复杂。
[0007]专利文献1:日本专利第2705041号公报
[0008]专利文献2:日本特开2012-117503号公报
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，能够以利用点火装置的简单的结构对点火定时的缸内压力甚至点火定时的实际的压缩比进行检测。
[0010]本发明是一种内燃机的点火装置，其通过以一次电流对点火线圈的一次线圈通电且将该一次电流切断而在与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中，具备:二次电流检测单元，其对在上述电极间流动的二次电流进行监视；以及缸内压力推定单元，其基于上述二次电流而对点火定时的缸内压力进行推定。
[0011]另外，本发明的点火方法是一种内燃机的点火方法，其通过以一次电流对点火线圈的一次线圈通电且将该一次电流切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中，对在上述电极间流动的二次电流进行监视，基于该二次电流而对点火定时的缸内压力进行推定。
[0012]在本发明的一个优选方式中，基于电容放电刚结束之后的二次电流得电流值而对点火定时的缸内压力进行推定。
[0013]即，根据本发明人新的见解，二次电流的电流值的大小与产生放电的电极附近的气体的压力(即缸内压力)相关，气体压力越高，电流值越小。特别是在二次电流的电流值与气体压力之间，即使内燃机转速、气体流动的强度等改变，也会发现恒定的关联。因此，根据电容放电刚结束之后的二次电流得电流值能够唯一地推定出点火定时的缸内压力。此外，电容放电时的电流峰值的波动较大，且难以正确地测定，因此在本发明中使用电容放电刚结束之后的电流值。
[0014]另外，在本发明另一个优选方式中，基于二次电流流动的放电时间和内燃机转速而对点火定时的缸内压力进行推定。
[0015]S卩，根据本发明人新的见解，与二次电流的电流值相同地，二次电流流动的放电时间也与电极附近的气体的压力(即缸内压力)相关，气体压力越高，放电时间越短。而且，该放电时间的值根据内燃机转速而不同，内燃机转速越高，放电时间越短。因此，根据放电时间和内燃机转速能够推定出点火定时的缸内压力。
[0016]这样，根据本发明，在内燃机的运转中，仅通过对在电极间流动的二次电流进行监视便能够求出点火定时的缸内压力，例如，能够检测出压缩比随时间的变化、气缸间的压缩比的波动等。
【附图说明】
[0017]图1是表示应用了本发明的内燃机的一个实施例的结构说明图。
[0018]图2是表示各气缸的点火单元的结构的结构说明图。
[0019]图3是点火线圈中的一次电流等的波形图。
[0020]图4(A)是成为检测对象的二次电流的电流值的说明图，图4(B)是放电时间的说明图。
[0021]图5是表示电流值与点火定时的缸内压力的关系的特性图。
[0022]图6是表示本发明的第I实施例的流程图。
[0023]图7是进行诊断的区域的说明图。
[0024]图8是对压缩比随时间变化时的电流值的变化的大小进行说明的说明图。
[0025]图9是表示放电时间与点火定时的缸内压力的关系的特性图。
[0026]图10是表示本发明的第2实施例的流程图。
[0027]图11是相对于压缩比变化而进行有效压缩比的校正的实施例的流程图。
[0028]图12是相对于压缩比变化而进行燃料喷射量的校正的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
[0030]图1示出了应用本发明的汽车用内燃机I的系统结构。该内燃机I是直列4气缸的缸内直喷型火花点火式内燃机，在各气缸分别具备朝向缸内喷射燃料的燃料喷射阀2，并且例如在顶壁面中央部具备用于对生成的混合气体进行点火的火花塞3。该火花塞3与针对各气缸分别设置的后述的点火单元4连接。例如，将各点火单元4配置为使得点火单元4直接与火花塞3上端的端子部连接。
[0031]另外，各气缸具备进气阀5和排气阀7，利用进气阀5对与进气总管8连接的进气端口的前端进行开闭，且利用排气阀7对与排气通路9连接的排气端口的前端进行开闭。这里，在本实施例中，进气阀5具备能够对该进气阀5的开闭时期(至少对关闭时期)进行可变控制的可变动阀装置6。此外，在本实施例中，作为可变动阀装置6，例如能够使用所有气缸的进气阀5的气门正时一同变化的结构，但如果是能够针对各气缸分别使各气缸的进气阀5的气门正时变更的结构则更加优选。
[0032]在上述进气总管8的入口部，安装有利用来自发动机控制器10的控制信号而对开度进行控制的电子控制式的节流阀11。
[0033]在上述发动机控制器10输入有用于对内燃机转速进行检测的曲轴角传感器13、对吸入空气量进行检测的空气流量计14、对冷却水温进行检测的水温传感器15、对由驾驶者操作的加速器踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器16、对排气空燃比进行检测的空燃比传感器17等传感器类的检测信号。发动机控制器10基于这些检测信号而将燃料喷射阀2的燃料喷射量以及喷射时期、经由点火单元4的火花塞3的点火定时、进气阀5的开闭时期、节流阀11的开度等控制为最佳。
[0034]如图2详细所示，上述点火单元4包含:点火线圈21，其包含一次线圈21a以及二次线圈21b;以及点火器22，其控制针对上述点火线圈21的一次线圈21a的一次电流的通电.切断，在点火线圈21的一次线圈21a连接有车载电池24，在二次线圈21b连接有火花塞3。而且，为了在放电时对在火花塞3的电极间流动的二次电流进行监视，与二次线圈21b串联地设置有二次电流检测用电阻23。经由该二次电流检测用电阻23而检测出的表示各气缸的二次电流的信号分别被输入至发动机控制器10，并由该发动机控制器10进行监视。
[0035]图3是表示如上所述利用点火线圈21的点火单元4的作用的图。基于从发动机控制器10输出的控制信号(点火信号)，经由点火器22在适当的通电时间的期间内以一次电流对点火线圈21的一次线圈21a通电。该一次电流在规定的点火定时被切断。伴随着该一次电流的切断，在二次线圈21b产生较高的放电电压(二次电压)，伴随着混合气体的绝缘破坏而在火花塞3的电极间产生放电。详细而言，瞬间地产生极高电压的电容放电，接着产生感应放电。而且，在感应放电的期间内，在电极间流动的二次电流从开始放电起随着时间的经过而以三角波状比较急剧地减小。
[0036]在本发明的第I实施例中，基于二次电流的实质的峰值而进行缸内压力的推定。SP，如图4(A)所示，发动机控制器10将电容放电刚结束之后的二次电流的电流值Idis作为实质的峰值而读入。例如，对从点火定时起经过极短的规定时间的时刻的电流值Idis进行检测。这是考虑到在极短时间内且表示非常高的电压的电容放电时的电流值比较不稳定，并且难以进行高精度的检测。
[0037]根据本发明人新的见解，如图4(A)检测出的二次电流的电流值(实质的峰值)与点火定时的缸内压力(电极间的气体压力)相关。如图5所示，二者具有缸内压力越高则电流值越小的特性，例如具有线性关系。而且，即使内燃机转速、气体流动的强度等改变，该二者的关系也几乎不会变化。因此，基于电容放电刚结束之后的二次电流的电流值Idis能够唯一地推定出点火定时的缸内压力。
[0038]这样推定出的点火定时的缸内压力能够用于各种控制，例如能够应用于对由沉积物的堆积引起的机械压缩比随时间的变化的检测、对各气缸的压缩比的波动的检测等。
[0039]图6是表示将对缸内压力的推定用于对机械压缩比随时间的变化的推定的、第I实施例的具体处理的流程的流程图。在发动机控制器10中，例如每次各气缸的点火时都执行该流程图所示的处理。
[0040]在步骤I中，读入内燃机I的转速以及负荷，在步骤2中，决定点火定时。
[0041]在步骤3中，进行是否为应当对机械压缩比随时间的变化进行诊断的运转条件的判定。图7是作为内燃机I的运转条件将横轴设为点火定时、且将纵轴设为进气压而示出诊断区域的说明图。如图所示，在进气压高且点火定时处于上止点附近的规定的诊断区域中，执行压缩比随时间的变化的诊断。该诊断区域大致相当于内燃机I的低速全负荷区域。此夕卜，不局限于稳定的运转，也可以在因某种原因而在上止点附近(诊断区域内)对点火定时进行了延迟角控制时进行诊断。
[0042]可以认为，如上所述设定诊断区域的理由在于，越是点火定时的缸内压力高的条件则由压缩比随时间的变化所引起的缸内压力变化表现得越大。图8是对此进行说明的说明图，例如在点火定时的缸内压力较高的运转条件下，如果在初期设为处于Pl点，则在产生了某恒定的机械压缩比随时间的变化的情况下，缸内压力变化至P2点。在Pl点与P2点之间，缸内压力的变化甚至电流值Idis的变化较大。与此相对，在点火定时的缸内压力较低的运转条件下，相对于相同的机械压缩比变化，在初期处于P3点的值向P4点变化。在P3点与P4点之间，缸内压力的变化甚至电流值Idis的变化较小。这样，越是点火定时的缸内压力高的区域，相对于机械压缩比随时间的变化的、缸内压力的变化以及电流值Idis的变化越大，诊断的精度越高。因此，在图6的实施例中，仅针对图7所示的诊断区域执行诊断。
[0043]在步骤3中判定为运转条件处于诊断区域的情况下，进入步骤4，根据前述的图5的特性并基于电流值Idi s而对点火定时的缸内压力Pign进行推定。例如从按照图5的特性而制成的表中检索对应的值。
[0044]然后，在步骤5中，基于点火定时的缸内压力Pign对点火定时的压缩比eign(机械压缩比)进行计算。
[0045]点火定时的缸内压力Pign相对于进气压P1、点火定时的压缩比eign、比热比K而存在下面的式(I)的关系。
[0046]Pign = PlXeignic...(I)
[0047]因此，根据下面的式(2)求出点火定时的压缩比eign。
[0048]eign = e Xp{In(Pign/Pl)/K}...(2)
[0049]这里，进气压Pl以及比热比κ例如能够通过参照以内燃机转速和负荷或者点火定时作为参数预先制成的对应图或者表而求出。关于进气压Pl，还能够将进气压传感器设置于进气总管8而直接进行检测。
[0050]在步骤6中，对推定出的点火定时的压缩比eign和本来的基准压缩比(相同的点火定时的基准机械压缩比)进行比较。从以点火定时为参数预先制成的表中检索基准压缩比。或者，可以根据点火定时而求出活塞位置，并基于该活塞位置而对与各点火定时对应的基准压缩比进行计算。
[0051 ]在步骤6中，求出点火定时的压缩比随时间的变化量，因此最终在步骤7中换算为通常记作“机械压缩比”的活塞上止点位置处的机械压缩比ε的变化量A ε。
[0052]通过以上处理，能够求出某I个气缸的随时间的压缩比变化量Δ ε，通过按顺序依次执行该处理，能够分别求出各气缸随时间的压缩比变化量。
[0053]下面，对本发明的第2实施例进行说明。在第2实施例中，基于二次电流流动的放电时间和内燃机转速对点火定时的缸内压力进行推定。即，如图4(B)所示，发动机控制器10将大于或等于规定阈值的二次电流流动的时间作为放电时间Tdis而读入。作为上述阈值，为了避免误检测而设定为适当的值，但也可以是接近O的非常小的值。
[0054]根据本发明人新的见解，如图4(B)所示检测出的放电时间Tdis与点火定时的缸内压力(电极间的气体压力)相关。如图9所示，二者具有缸内压力越高则放电时间越短的特性，例如具有线性关系。而且，内燃机转速越高，放电时间越短。即使除内燃机转速以外的气体流动的强度等改变，该二者的关系也几乎不变化。因此，基于放电时间Tdis和内燃机转速能够唯一地推定出点火定时的缸内压力。
[0055]图10是表示将对缸内压力的推定用于对机械压缩比随时间的变化的推定的第2实施例的具体处理的流程的流程图。在发动机控制器10中，例如每次各气缸的点火时都执行该流程图所示的处理。
[0056]步骤I?3、5?7与前述的图6的流程图中的各步骤相比实质上未改变，在步骤I中，将内燃机I的转速以及负荷读入，在步骤2中，决定点火定时。在步骤3中，进行是否为应当对机械压缩比随时间的变化进行诊断的运转条件的判定。如果未处于图7所示的诊断区域则使程序结束，如果处于诊断区域则进入步骤4A。
[0057]在步骤4A中，根据前述的图9的特性，基于放电时间Tdis以及内燃机转速而对点火定时的缸内压力Pign进行推定。例如从按照图9的特性而制成的三维对应图中检索对应的值。
[0058]接下来，在步骤5中，基于点火定时的缸内压力Pign而对点火定时的压缩比eign进行计算。这与前述的处理相同。而且，在步骤6中，对推定出的点火定时的压缩比eign和本来的基准压缩比(相同的点火定时的基准的机械压缩比)进行比较，最终在步骤7中求出活塞上止点位置处的机械压缩比ε的变化量Δ ε。
[0059]根据以上处理，与第I实施例相同，能够求出某I个气缸的随时间的压缩比变化量A ε，通过按顺序依次进行该处理，能够求出各气缸的随时间的压缩比变化。
[0060]接下来，图11是表示针对通过上述的第I实施例或者第2实施例求出的随时间的压缩比变化而执行的处理的一个例子的流程图。该图11的例子是在因沉积物的堆积等而产生随时间的机械压缩比的变化(具体而言为机械压缩比的增加)时，为了抑制提前点火、爆震，经由可变动阀装置6而使有效压缩比低于正常的设定值。
[0061]在步骤11中，通过前述的第I实施例或者第2实施例的方法而求出机械压缩比随时间的变化量A ε。在步骤12中，判定随时间的压缩比变化量△ ε是否比规定的阈值α (即容许值)大。在压缩比变化量Αε比阈值α大的情况下，进入步骤13，判定是否为容易产生提前点火、爆震之类的异常燃烧的、规定的低速高负荷区域。这里，如果为YES，则进入步骤14，经由可变动阀装置6而对位于下止点后的进气阀关闭时期进行延迟角校正，使有效压缩比低于正常的设定值。在步骤12或步骤13中为NO的情况下，进入步骤15，如通常那样对进气阀关闭时期进行控制。
[0062]此外，在可变动阀装置6能够针对各气缸而使进气阀关闭时期变更的情况下，能够针对各气缸而进行与压缩比变化量A ε相对应的进气阀关闭时期的延迟角校正。另外，在针对所有气缸一同对进气阀关闭时期进行变更的形式的情况下，例如在步骤12中只要对所有气缸的压缩比变化量△ ε的平均值或者各气缸的压缩比变化量△ ε中的最大值与容许值(阈值α)进行比较即可。
[0063]接下来，图12是表示针对通过上述的第I实施例或者第2实施例求出的随时间的压缩比变化而执行的处理的一个例子的流程图。该图12的例子是在因沉积物的堆积等而产生随时间的机械压缩比的变化(具体而言为机械压缩比的增加)时，为了抑制提前点火、爆震，使该气缸的燃料喷射量增加。
[0064]步骤11?13与图11中的各步骤相同，在步骤11中，通过前述的第I实施例或者第2实施例的方法而求出机械压缩比随时间的变化量A ε，在步骤12中，判定随时间的压缩比变化量A ε是否比规定的阈值α(即容许值)大。在压缩比变化量Δε比阈值α大的情况下，进入步骤13，判定是否为容易产生提前点火、爆震之类的异常燃烧的、规定的低速高负荷区域。这里，如果为YES则进入步骤14Α，对来自燃料喷射阀2的燃料喷射量进行增加校正。在步骤12或者步骤13中为NO的情况下，进入步骤15Α，如通常那样对燃料喷射量进行控制。
[0065]此外，为了抑制爆震等，只要仅对压缩比变化量Δε超过阈值α的气缸进行燃料喷射量的增加校正即可，但也可以针对所有气缸一同进行燃料的增加。
[0066]除上述这种针对压缩比随时间的变化的处理以外，例如在压缩比变化量八￡超过容许值时，为了将堆积于气缸内的沉积物烧尽除去，可以执行积极地使燃烧温度升高的沉积物燃烧运转。
[0067]另外，在上述实施例中，将对点火定时的缸内压力的检测应用于对机械压缩比随时间的变化的检测，但还能够利用对点火定时的缸内压力的检测而对多气缸内燃机的气缸间的压缩比波动进行检测。即，通过在内燃机的运转中分别检测出各气缸的点火定时的缸内压力，能够容易地检测出气缸间的压缩比波动，通过考虑该压缩比波动的方式，能够进行各气缸的燃料喷射量、燃料喷射时期的校正、点火定时的校正等。
【主权项】
1.一种内燃机的点火装置，其通过以一次电流对点火线圈的一次线圈通电且将该一次电流切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中， 所述内燃机的点火装置具备: 二次电流检测单元，其对在上述电极间流动的二次电流进行监视；以及 缸内压力推定单元，其基于该二次电流而对点火定时的缸内压力进行推定。2.根据权利要求1所述的内燃机的点火装置，其中， 上述缸内压力推定单元基于电容放电刚结束之后的二次电流的电流值而对点火定时的缸内压力进行推定。3.根据权利要求2所述的内燃机的点火装置，其中， 作为电容放电刚结束之后的二次电流的电流值，采用从点火定时起经过了规定时间的时刻的电流值。4.根据权利要求1所述的内燃机的点火装置，其中， 上述缸内压力推定单元基于二次电流流动的放电时间和内燃机转速而对点火定时的缸内压力进行推定。5.根据权利要求4所述的内燃机的点火装置，其中， 将大于或等于规定阈值的电流流动的时间作为上述放电时间而进行检测。6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的点火装置，其中， 还具备压缩比推定单元，该压缩比推定单元基于推定出的缸内压力而求出该气缸的点火定时的压缩比。7.根据权利要求6所述的内燃机的点火装置，其中， 还具备压缩比诊断单元，该压缩比诊断单元对上述压缩比和与点火定时相对应的基准压缩比进行比较。8.根据权利要求1至7中任一项所述的内燃机的点火装置，其中， 在多气缸内燃机中，针对各气缸而分别进行缸内压力的推定，求出各气缸的缸内压力的波动。9.根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机的点火装置，其中， 在进气压高且点火定时处于上止点附近的、内燃机的特定的运转条件下进行缸内压力的推定。10.—种内燃机的点火方法，其通过以一次电流对点火线圈的一次线圈通电且将该一次电流切断，从而在与二次线圈连接的火花塞的电极间产生放电电压，其中， 对在上述电极间流动的二次电流进行监视， 基于上述二次电流而对点火定时的缸内压力进行推定。
【文档编号】F02P17/00GK106030099SQ201480075764
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年2月17日
【发明人】白石泰介
【申请人】日产自动车株式会社