JP4389680B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置に関するものである。

通常、内燃機関の回転方向（クランクシャフトの回転方向）は一方向であるが、機関停止時などにはその回転方向が逆転することがある。このような機関の逆回転は、同機関の構成部材等に悪影響を及ぼすことがある。

そこで従来、例えば特許文献１に記載されるもののように、こうした内燃機関の逆回転を検出すると点火動作を禁止するようにした装置が提案されている。このような装置によれば、混合気の燃焼によって逆回転が助長されてしまうことを抑えることができる。
特開２００１−２２１０７３号公報

ところで、上記特許文献１に記載の装置では、逆回転を検出すると点火動作を禁止するようにしているが、この条件のみに基づいて点火動作を禁止すると、場合によっては逆回転の助長抑制を十分に行うことができないおそれがある。

すなわち、逆回転検出時に点火動作を禁止する、具体的には点火コイルへの通電を停止する際には、点火コイルへの通電が開始される前に同コイルへの通電が停止される場合と、点火コイルへの通電中に同コイルへの通電が停止される場合とが考えられる。

ここで、点火コイルへの通電が既に開始されている最中に同コイルへの通電が停止されると一次コイル側の電流が遮断されるため、点火プラグでの放電が起きる可能性がある。このように逆回転時に点火プラグでの放電が起きる場合にあって、そのときの混合気が点火されやすい状態にある場合には、同混合気の燃焼によって逆回転が助長されてしまうおそれがある。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、点火コイルへの通電停止を最適な時期に実行することによって、機関の逆回転の助長をより確実に抑制することのできる内燃機関の点火制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１〜３に記載の発明は、内燃機関の逆回転を検出する検出手段と、該検出手段により逆回転が検出されたときには点火コイルへの通電停止を実行する通電停止手段とを備える内燃機関の点火制御装置において、前記逆回転が検出されたときに点火コイルへの通電が既に開始されている場合には、前記内燃機関のピストン位置に基づいて前記通電停止手段による通電停止を実行させるか否かを判定する判定手段を備えるようにしている。

混合気が点火されやすい状態にあるか否かは、クランク角等で示される機関のピストン位置によって判断することができる。そこで、上記請求項１〜３の各構成では、機関の逆回転が検出されたときに点火コイルへの通電が既に開始されている場合、このようなピストン位置に基づいて点火コイルへの通電停止を実行させるか否かを判定するようにしている。そのため、点火コイルへの通電停止を実行する場合に混合気の点火が起きるか否かを適切に判定することができる。従って、機関の逆回転時における点火コイルへの通電停止を最適な時期に実行することができるようになり、もって同機関の逆回転の助長をより確実に抑制することができるようになる。

このようなピストン位置に基づく通電停止の実行判定に際しては、請求項１に記載の発明によるように、前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にないときに前記通電停止を実行させるといった構成や、請求項２に記載の発明によるように、前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にあるときに前記通電停止を禁止するといった構成や、請求項３に記載の発明によるように、前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にないときに前記通電停止を実行し、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にあるときに前記通電停止を禁止するといった構成を採用することができる。

請求項１に記載の構成によれば、混合気の圧縮度合が低いときに点火コイルへの通電停止が実行されるようになるため、たとえ同通電停止による点火プラグでの放電が起きたとしても、混合気が点火されることはなく、もって機関の逆回転の助長を抑制することができるようになる。また、請求項２に記載の構成によれば、混合気の圧縮度合が高いときには点火コイルへの通電停止が禁止されるようになるため、点火プラグでの放電も禁止される。そのため、混合気が点火されることはなく、もって機関の逆回転の助長を抑制することができるようになる。また、請求項３に記載の構成によれば、請求項１に記載の構成による効果及び請求項２に記載の構成による効果を得ることができる。

ここで、上記判定手段による通電停止の禁止が継続されると、点火コイルや同コイルへの通電を行う駆動回路（例えばイグナイタなど）などといった点火系を構成する部材に電流が流れ続けるため、同部材への負荷が高まり、例えばそのような部材において過剰な発熱等が起きるおそれがある。そこで、請求項４に記載の発明によるように、前前記判定手段により前記通電停止が禁止されている場合にあって、前記点火コイルへの通電時間が所定時間以上となった場合には、同判定手段は前記通電停止を実行させる、といった構成を採用することにより、そのような通電停止が禁止されている状態を継続することに対して制限がかけられるようになる。そのため、点火系を構成する部材に過度な負荷がかけられることを抑制することができるようになる。

以下、この発明にかかる内燃機関の点火制御装置を具体化した一実施形態について図１及び図２に基づき、説明する。
図１は、この点火制御装置が適用されるガソリン機関１とともに、その周辺構成を示す概略構成図である。

ガソリン機関１は複数の気筒を有しており、そのシリンダブロック２には、複数のシリンダ４が設けられている（図１では便宜上、１つのみを図示）。このシリンダ４内にはピストン５が設けられており、このピストン５は、コンロッド６を介して機関出力軸であるクランクシャフト７に連結されている。

シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド３が取り付けられている。そして、上記シリンダ４においてピストン５の上端とシリンダヘッド３との間には、燃焼室８が形成されている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室８内の混合気を火花点火するための点火プラグ１１が各気筒に対応してそれぞれ設けられている。

この点火プラグ１１は点火コイル４８に接続されている。点火コイル４８は低電圧電流が流される１次コイルと、点火プラグ１１に接続される２次コイル等から構成されており、１次コイルへの通電が遮断されると２次コイルには高電圧が誘導される。この点火コイル４８はイグナイタ４７に接続されている。

このイグナイタ４７はパワートランジスタなどを利用した駆動回路等から構成されており、後述する電子制御装置５０から点火信号に基づいて点火コイル４８への通電及び通電停止を行う。より具体的には、同点火信号に基づいてイグナイタ４７内のパワートランジスタのオンオフ制御がなされ、同パワートランジスタがオンとされているときには点火コイル４８の１次コイルに電流が流される。一方、同パワートランジスタがオフにされると点火コイル４８の１次コイルの電流が遮断され、この時、点火コイル４８の２次コイルには高電圧が誘導されて、点火プラグ１１では放電が起きる。

上記シリンダヘッド３には、燃焼室８への吸気流路である吸気ポート９と同燃焼室８からの排気流路である排気ポート１０とが、１つの気筒に対してそれぞれ設けられている。吸気ポート９には同ポートを開閉する吸気弁１２が設けられており、排気ポート１０には同ポートを開閉する排気弁１３が設けられている。また、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁３５は、吸気ポート９内に向けて燃料を噴射する。

吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気通路２０及び排気通路３０に接続されている。吸気通路２０内には、アクセルペダルの操作に基づいて駆動されるアクチュエータ２２によってその開度が調整されるスロットル弁２３が設けられている。このスロットル弁２３の開度を変更することにより燃焼室８内へ吸入される空気量が調量される。

他方、ガソリン機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば、上記クランクシャフト７には、同クランクシャフト７と一体回転可能なクランクロータ４１が設けられており、このクランクロータ４１の近傍にはクランクシャフト７の回転角度、すなわちクランク角を検出するためのクランク角センサ４０が設けられている。このクランク角センサ４０の検出出信号に基づいて機関回転速度ＮＥは算出される。また、上記スロットル弁２３の近傍に設けられるスロットル開度センサ４４は、スロットル弁２３の開度ＴＡ（スロットル開度ＴＡ）を検出する。また、上記スロットル弁２３の上流側に設けられるエアフロメータ４５により、吸気通路２０を流れる吸入空気量ＱＡが検出される。

上記ガソリン機関１の点火時期制御や燃料噴射制御等の各種制御は、電子制御装置５０によって行われる。この電子制御装置５０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば電子制御装置５０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等が設けられている。

そして、上記クランク角センサ４０、スロットル開度センサ４４、エアフロメータ４５、水温センサ４６等からの出力信号は入力インターフェースに入力され、これら各種センサ等によりガソリン機関１の運転状態が検出される。

一方、出力インターフェースは、各々対応する駆動回路等を介して燃料噴射弁３５、点火プラグ１１に高電圧を印加する上記点火コイル４８、及びスロットル弁２３のアクチュエータ２２等に接続されている。そして、電子制御装置５０は上記の各種センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び制御データに従って、上記燃料噴射弁３５、点火コイル４８、及びアクチュエータ２２等を制御する。

ところで、上述したように上記クランクシャフト７の回転方向は、通常一方向であるが、機関停止時などにはその回転方向が逆転することがある。このような機関の逆回転は、混合気の点火によって助長されてしまうことがあるため、このような逆回転時には点火動作を禁止することが望ましい。

ここで、点火コイル４８への通電が既に開始されている最中に点火動作を禁止する、すなわち点火コイル４８への通電を停止すると、一次コイル側の電流が遮断されるため、点火プラグ１１での放電が起きる可能性がある。このように逆回転時に点火プラグ１１での放電が起きる場合にあって、そのときの混合気が点火されやすい状態にある場合には、同混合気の燃焼によって逆回転が助長されてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態ではガソリン機関１の逆回転を検出する検出手段と、該検出手段により逆回転が検出されたときには点火コイル４８への通電停止を実行する通電停止手段とを備える場合にあって、ピストン５の位置に基づいて上記通電停止手段による通電停止を実行させるか否かを判定する判定手段をさらに備えるようにしている。そしてこれにより、上述したような逆回転の助長をより抑制することができるようにしている。

以下、図２を併せ参照して、上記各手段を構成する点火コイル４８への通電処理について、その手順を説明する。なお、本処理は電子制御装置５０により、所定時間毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されるとまず、現在の機関回転速度ＮＥが閾値Ａよりも小さいか否かが判定される（Ｓ１００）。通常運転時のように機関回転速度が高い場合には逆回転が生じないため、ここでは、逆回転が起きる可能性があるかないかを判断するようにしている。従って、閾値Ａは、現在の機関回転速度ＮＥが逆回転の生じるような低い回転速度であるか否かを判定することのできる値が適宜設定されている。

そして、機関回転速度ＮＥが閾値Ａ以上である場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、点火コイル４８への通電開始が許可され（Ｓ１９０）、本処理は一旦終了される。このように通電開始が許可される場合には、通常の点火制御が行われる。すなわち機関運転状態に基づいて設定された点火時期に点火プラグ１１での放電がなされるように、点火コイル４８の１次コイルへの通電及び通電の遮断が行われる。ちなみに、後述するステップＳ１４０において、点火コイル４８への通電開始が禁止された場合であっても、その後、このステップＳ１９０の処理が行われることにより、通電開始は許可される。

一方、機関回転速度ＮＥが閾値Ａ未満である場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、機関の停止要求があるか否かが判断される（Ｓ１１０）。ここでは、イグニッションスイッチが「オフ」になっている場合や、機関の自動始動・自動停止を実行する車両にあって自動停止要求がある場合などに、機関の停止要求があると判断するようにすればよい。そして、機関の停止要求がない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、上記ステップＳ１９０の処理が実行され、本処理は一旦終了される。

他方、機関の停止要求がある場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、機関が逆回転しているか否かが判断される（Ｓ１２０）。ここでの機関の逆回転検出態様は任意であるが、例えばクランクシャフト７の回転方向、あるいはこれと駆動連結されるカムシャフトの回転方向を検出するセンサを設けて、その検出信号に基づいて機関の逆回転を検出することができる。また、順方向に回転していた機関が逆方向に回転し始めるときには、機関回転速度ＮＥが徐々に低くなって一旦「０」になり、その後、同機関回転速度ＮＥは上昇するようになるため、このような機関回転速度ＮＥの変化に基づいて機関の逆回転を検出することもできる。

そして、機関が逆回転していない旨判断される場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、機関が逆回転している旨判断される場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、現在、点火コイル４８への通電が行われているか否かが判断される（Ｓ１３０）。そして、点火コイル４８への通電が行われていない場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、逆回転時にあって点火プラグ１１の点火が行われないように、以後の点火コイル４８への通電開始が禁止される（Ｓ１４０）。ここでは、イグナイタ４７への点火信号の入力を禁止してパワートランジスタを「オフ」にすることでその処理が実施される。そして、本処理は一旦終了される。

このように点火コイル４８への通電開始が禁止される、換言すれば点火制御が停止されることにより混合気の点火は中止され、もって混合気の燃焼による逆回転の助長が抑制される。

一方、ステップＳ１３０において、点火コイル４８への通電が既に行われている旨判断される場合には（Ｓ１３０ＹＥＳ）、現在のピストン５の位置が圧縮上死点近傍の位置になっているか否かが判断される（Ｓ１５０）。ここでは、ピストン５の位置を示すクランク角ＰＣＡが次式（１）の条件を満たす場合に、ピストン５の位置は圧縮上死点近傍になっていると判断される。

圧縮上死点ＴＤＣ−所定値Ｂ＜クランク角ＰＣＡ＜圧縮上死点ＴＤＣ＋所定値Ｃ …（１）

この式（１）によって、クランク角ＰＣＡが圧縮上死点ＴＤＣをはさんで所定値Ｂから所定値Ｃの間にあるか否か、すなわちピストン５の位置が圧縮上死点近傍になっているか否かが判定される。ここで、所定値Ｂ及び所定値Ｃは、点火プラグ１１の放電による混合気の点火が可能となる同混合気の圧縮度合に対応した値となっており、実験等によって予め求められている。

そして、このようにクランク角ＰＣＡで示されるピストン５の位置によって、混合気が点火されやすい状態にあるか否かを判断することができる。
なお、混合気の点火が可能となる同混合気の圧縮度合は機関運転状態によって変化するため、所定値Ｂ及び所定値Ｃは、吸入空気量や機関負荷などの機関運転状態に応じて可変設定されるようにしてもよい。

そして、現在のピストン５の位置が圧縮上死点近傍の位置になっていない場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、点火コイル４８への通電が行われている最中にその通電を停止しても、混合気の点火（着火）は起きないため、現在行われている点火コイル４８への通電は停止される（Ｓ１６０）。ここでは、イグナイタ４７のパワートランジスタを「オフ」にすることで通電停止が実施される。そして、上記ステップＳ１４０の処理が行われて本処理は一旦終了される。

一方、現在のピストン５の位置が圧縮上死点近傍の位置になっている場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、点火コイル４８への通電が行われている最中にその通電を停止すると、混合気の点火（着火）が起きる可能性がある。そこでこの場合には、点火コイル４８への通電停止が禁止され、もって点火コイル４８への通電は継続される（Ｓ１７０）。

ここで、このような通電停止の禁止が継続されると、点火コイル４８やイグナイタ４７などといった点火系を構成する部材に電流が流れ続けるため、同部材への負荷が高まり、例えばそのような部材において過剰な発熱等が起きるおそれがある。

そこで、ステップＳ１７０の処理が実行されると、次に、点火コイル４８への通電が所定時間以上なされているか否かが判断される（Ｓ１８０）。ここでは、点火コイル４８への通電を開始してから現在までに経過した時間について判定値Ｄ以上であるか否かが判定される。この判定値Ｄは、上述したような点火系を構成する部材の過電流に対する耐性に基づき、設定されている。そして、点火コイル４８への通電が所定時間以上なされていない場合には（Ｓ１８０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。

一方、点火コイル４８への通電が所定時間以上なされている場合には（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、上述したステップＳ１６０の処理が行われ、点火コイル４８への通電が停止される。すなわち、ここでは、点火コイル４８への通電がピストン位置にかかわらず強制的に停止され、上記ステップＳ１４０の処理が行われて本処理は一旦終了される。

こうしたステップＳ１８０及びステップＳ１６０の処理を実施することによって、点火コイル４８への通電停止を禁止している状態が継続されることに対して制限がかけられる。そのため、点火系を構成する上記部材への過度な負荷が抑制される。

以上説明したように、本実施形態にかかる内燃機関の点火制御装置によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）機関の逆回転が検出されたときに点火コイル４８への通電停止を実行する際、点火コイル４８への通電が既に開始されている場合には、ピストン５の位置に基づいてその通電停止を実行させるか否かを判定するようにしている。そのため、点火コイル４８への通電停止を実行する場合に混合気の点火が起きるか否かを適切に判定することができ、機関の逆回転時における点火コイル４８への通電停止を最適な時期に実行することができるようになる。そしてこれにより、機関の逆回転の助長をより確実に抑制することができるようになる。

（２）このようなピストン５の位置に基づく通電停止の実行判定に際しては、ピストン５の位置が圧縮上死点近傍にないときに点火コイル４８への通電停止を実行するようにしている。そのため、混合気の圧縮度合が低いときに点火コイル４８への通電停止が実行されるようになり、たとえ同通電停止による点火プラグ１１での放電が起きたとしても、混合気が点火されることはなく、もって機関の逆回転の助長を抑制することができるようになる。

（３）また、ピストン５の位置に基づく通電停止の実行判定に際しては、ピストン５の位置が圧縮上死点近傍にあるときに点火コイル４８への通電停止を禁止するようにしている。そのため、混合気の圧縮度合が高いときには点火コイル４８への通電停止が禁止されるようになるため、点火プラグ１１での放電も禁止される。従って、混合気が点火されることはなく、もって機関の逆回転の助長を抑制することができるようになる。

（４）点火コイル４８への通電停止が禁止されている場合にあって、点火コイル４８への通電時間が所定時間以上となった場合には、該点火コイル４８への通電停止を実行するようにしている。そのため、点火系を構成する部材に過度な負荷がかけられることを抑制することができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記点火系の構成部材についてその過電流に対する耐性が十分高い場合などには、上記ステップＳ１８０の処理、すなわち点火コイル４８への通電停止を禁止している状態が継続されることに対して制限をかける処理を省略することができる。

・上記ステップＳ１００、やステップＳ１１０の処理は省略してもよい。この場合におけるステップＳ１９０の処理、すなわち点火コイル４８への通電開始を許可する処理は、機関が逆回転していない旨判定されるときに（Ｓ１２０：ＮＯ）実施するようにすればよい。

・上記実施形態では、ピストン５の位置が圧縮上死点近傍にあるか否かの判断をクランク角に基づいて行うようにしたが、この他のパラメータを利用して判断するようにしてもよい。例えば筒内圧（燃焼室８内の圧力）等に基づいてピストン位置を把握するようにしてもよい。

・上記実施形態では、点火コイル４８への通電開始の禁止、或いは点火コイル４８への通電停止を、イグナイタ４７のパワートランジスタを「オフ」とすることで実施するようにしたが、この他の態様で点火コイル４８への通電停止、或いは通電開始の禁止を実施するようにしてもよい。すなわち点火コイル４８への通電停止方法は任意である。例えば、点火コイル４８の１次コイルの電気回路についてその一部をリレーなどで遮断し、同電気回路を「開」とするようにしても同様な効果が得られる。

・上述したような機関の逆回転は、機関停止時だけではなく機関始動時にも起きる可能性があり、そのような機関始動時にも上記ステップＳ１１０の処理を省略した上記点火コイルへの通電処理を実施することにより、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる点火制御装置及び内燃機関の概略構成図。 同実施形態における点火コイルへの通電処理についてその手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ガソリン機関、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、４…シリンダ、５…ピストン、６…コンロッド、７…クランクシャフト、８…燃焼室、９…吸気ポート、１０…排気ポート、１１…点火プラグ、１２…吸気弁、１３…排気弁、２０…吸気通路、２２…アクチュエータ、２３…スロットル弁、３０…排気通路、３５…燃料噴射弁、４０…クランク角センサ、４１…クランクロータ、４４…スロットル開度センサ、４５…エアフロメータ、４６…水温センサ、４７…イグナイタ、４８…点火コイル、５０…電子制御装置。

Claims (4)

1. 内燃機関の逆回転を検出する検出手段と、該検出手段により逆回転が検出されたときには点火コイルへの通電停止を実行する通電停止手段とを備える内燃機関の点火制御装置において、
   前記逆回転が検出されたときに点火コイルへの通電が既に開始されている場合には、前記内燃機関のピストン位置に基づいて前記通電停止手段による通電停止を実行させるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にないときに前記通電停止を実行させる
   ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
2. 内燃機関の逆回転を検出する検出手段と、該検出手段により逆回転が検出されたときには点火コイルへの通電停止を実行する通電停止手段とを備える内燃機関の点火制御装置において、
   前記逆回転が検出されたときに点火コイルへの通電が既に開始されている場合には、前記内燃機関のピストン位置に基づいて前記通電停止手段による通電停止を実行させるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にあるときに前記通電停止を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
3. 内燃機関の逆回転を検出する検出手段と、該検出手段により逆回転が検出されたときには点火コイルへの通電停止を実行する通電停止手段とを備える内燃機関の点火制御装置において、
   前記逆回転が検出されたときに点火コイルへの通電が既に開始されている場合には、前記内燃機関のピストン位置に基づいて前記通電停止手段による通電停止を実行させるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にないときに前記通電停止を実行し、前記ピストン位置が圧縮上死点近傍にあるときに前記通電停止を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
4. 前記判定手段により前記通電停止が禁止されている場合にあって、前記点火コイルへの通電時間が所定時間以上となった場合には、同判定手段は前記通電停止を実行させる
   請求項２又は３に記載の内燃機関の点火制御装置。

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