內燃機的點火裝置以及點火方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及使用包含一次線圈及二次線圈在內的點火線圈的內燃機的點火裝置以及點火方法。
【背景技術】
[0002]在使用點火線圈的點火裝置中，在一次線圈中對一次電流進行通電之后，在規定的點火定時將一次電流切斷，由此在二次線圈生成較高的放電電壓，使與二次線圈連接的火花塞的電極間產生放電。在二次線圈所產生的放電電壓以及放電能量基本上與向一次線圈的通電時間對應(參照圖6)。
[0003]這樣影響放電能量的向一次線圈的通電時間，通常根據內燃機轉速而確定，越是低速則通電時間越長，專利文獻1中公開有如下技術，即，在高負載區域延長通電時間，在低負載區域縮短通電時間。
[0004]作為內燃機的異常燃燒的一種，已知與點火定時相比提前開始燃燒的提前點火。被稱為所謂的超級爆震(super knock)的現象也是提前點火的一種。這種提前點火在自然進氣內燃機以及帶增壓器的內燃機的任一種中都有可能在低速高負載區域產生，但如果假設產生該提前點火，則本來的點火定時的缸內密度升高，因此即使將一次電流切斷并產生高電壓，有時在火花塞的電極間也不產生放電，形成為所謂的未放電。圖11是對比地示出在點火定時正確地進行點火燃燒的正常燃燒時(a)、和產生提前點火時(b)的缸內壓力變化的圖，在產生提前點火時，由于在本來的點火定時已經變為較高的缸內壓力，因此有可能不進行期望的放電而變為未放電。在這種未放電的情況下，對火花塞施加線圈最大發生電壓，通過火花塞的絕緣體而產生放電，有可能導致火花塞破損。此外，該未放電時線圈最大發生電壓也與一次線圈通電時間相關(參照圖8)。
[0005]因此，如果如專利文獻1所示在高負載區域中延長通電時間，則在產生提前點火時的未放電的情況下，火花塞破損的可能性會進一步提高。
[0006]另一方面，如果即使是未放電也將正常時的放電能量設定得較低以不使火花塞破損，則在進行大量的排氣回流的運轉區域、設為稀薄燃燒或者米勒循環燃燒的運轉區域等所謂的難燃燒區域中，無法實現可靠的點火。
[0007]專利文獻1:日本特開2012 — 136965號公報
【發明內容】
[0008]本發明的內燃機的點火裝置通過在點火線圈的一次線圈中對一次電流進行通電并且切斷，從而使與二次線圈連接的火花塞的電極間產生放電電壓，其中，
[0009]在除了規定的低速高負載區域以外的正常區域中，對應于內燃機轉速而對向上述一次線圈的通電時間進行設定，
[0010]另一方面，在規定的低速高負載區域中，使上述通電時間相對地比針對相同的內燃機轉速的正常區域中的通電時間短，以使得在一次電流切斷時未放電的情況下的最大電壓不超過上述火花塞的耐電壓。
[0011]S卩，將有可能產生成為未放電的主要原因的提前點火的運轉區域限定于特定的低速高負載區域，在負載低的運轉條件、轉速高至某種程度的運轉條件下不會產生提前點火。因此，在存在產生提前點火的可能性的規定的低速高負載區域中，只要將向一次線圈的通電時間設為較短，并即使假設未放電也不會超過火花塞的耐電壓，則即使假設產生提前點火而未放電，也不會產生火花塞的破損。
[0012]當然，即使處于該低速高負載區域中，只要未產生提前點火，就不會形成為未放電，能夠進行正常的放電點火。存在產生提前點火的可能性的低速高負載區域中為高負載條件，從而混合氣體的點火性高，因此即使是較短的通電時間也能夠實現良好的點火。
[0013]根據本發明，即使假設產生提前點火而未放電，也不會產生火花塞的破損。另外，在除了存在提前點火的可能性的特定的低速高負載區域以外的其他運轉區域中，能夠產生相對較高的放電能量，因此例如即使在伴隨有大量的排氣回流的燃燒等的所謂的難燃燒區域中，也能夠進行可靠的點火。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示應用本發明所涉及的點火裝置的內燃機的一個例子的結構說明圖。
[0015]圖2是表示點火裝置的要部的結構說明圖。
[0016]圖3是表示進行通電時間的切換的處理流程的流程圖。
[0017]圖4是表示進行通電時間的切換的運轉區域的特性圖。
[0018]圖5是表示相對于內燃機轉速的通電時間的特性的特性圖。
[0019]圖6是表示一次線圈通電時間和放電能量的關系的特性圖。
[0020]圖7是表示相對于內燃機轉速的放電能量的特性的特性圖。
[0021]圖8是表示一次線圈通電時間與未放電時線圈最大發生電壓的關系的特性圖。
[0022]圖9是表示相對于內燃機轉速的未放電時線圈最大發生電壓的特性的特性圖。
[0023]圖10是表示運轉區域的設定不同的例子的特性圖。
[0024]圖11是表示正常燃燒時和產生提前點火時的缸內壓力變化的特性圖。
【具體實施方式】
[0025]下面，基于附圖對本發明的一個實施例進行詳細說明。
[0026]作為應用本發明的點火裝置的內燃機1的一個例子，圖1示出了具有排氣回流裝置的增壓內燃機。在作為汽油內燃機的內燃機1的排氣通路2中配置有渦輪增壓器3的排氣渦輪4，在其下游側配置有例如使用三元催化劑的催化劑轉化器6。在排氣通路2的更靠下游側的位置設置有未圖示的排氣消音器，排氣通路2經由該排氣消音器而向外部開放。上述排氣渦輪4具有用于增壓控制的公知的排氣旁通閥7。圖示例子的內燃機1為缸內直噴型的結構，在每個氣缸都具有向氣缸內噴射燃料的燃料噴射閥8。另外，在各氣缸的中央分別設置有火花塞9。上述燃料噴射閥8的噴射定時和噴射量、以及上述火花塞9的點火定時由發動機控制單元20控制。
[0027]在內燃機1的進氣通路10從上游側按順序配置有空氣濾清器11、空氣流量計12、節氣門閥13，上述渦輪增壓器3的壓縮機5配置于上述空氣流量計12和上述節氣門閥13之間。此外，在該實施例中，在節氣門閥13下游側例如安裝有水冷式或者空冷式的內部冷卻器14。基于未圖示的加速器開度傳感器的檢測信號、并根據來自上述發動機控制單元20的控制信號對上述節氣門閥13的開度進行控制。向上述發動機控制單元20輸入包含表示內燃機轉速Ne的來自曲軸角傳感器18的檢測信號、以及對相當于內燃機的負載的吸入空氣量Qa進行檢測的來自上述空氣流量計12的檢測信號在內的各種傳感器類部件的檢測信號。
[0028]另外，構成排氣回流裝置的EGR通路15從排氣通路2的催化劑轉化器6下游側分支，其前端與進氣通路10的壓縮機5上游側連接。在上述EGR通路15中安裝有進行EGR氣體的冷卻的水冷式或者油冷式的EGR氣體冷卻器16，在其下游側安裝有按照目標排氣回流率對排氣回流量進行控制的排氣回流控制閥17。基于以內燃機1的負載和轉速為參數的內燃機運轉條件，利用上述發動機控制單元20對該排氣回流控制閥17的開度進行控制。
[0029]如圖2所示，在各氣缸的火花塞9上分別連接有響應來自發動機控制單元10的點火信號而對火花塞9輸出放電電壓的點火單元21。該點火單元21包含:點火線圈22，其具有一次線圈22a以及二次線圈22b以使電池24的電壓升高；以及點火器23，其控制針對上述點火線圈22的一次線圈22a的一次電流的通電.切斷，火花塞9與上述點火線圈22的二次線圈22b連接。上述點火器23由發動機控制單元20的控制信號驅動。
[0030]上述實施例的點火裝置的基本的點火作用與通常的點火裝置相比并未發生特別的改變。S卩，經由點火器23在規定的通電時間(后述的TDWL或者TDWLMIN)的期間內以一次電流對點火線圈22的一次線圈22a進行通電。伴隨著該一次電流的切斷而在二次線圈22b產生較高的放電電壓，伴隨著混合氣體的絕緣破壞而在火花塞9的電極間產生放電。
[0031]這里，在本實施例中，作為上述通電時間，基于內燃機運轉條件而選擇2種特性中的某一種。
[0032]S卩，如圖4所示，在根據內燃機1的負載及轉速而規定的運轉區域中，將小于或等于某個轉速、且大于或等于某個負載的規定的低速高負載區域預先規定為能量抑制區域A。在該能量抑制區域A中，即使假設在一次電流切斷時未放電，也設為比較短的通電時間TDWLMIN,以使線圈最大發生電壓不超過火花塞9的耐電壓。在除了能量抑制區域A以外的運轉區域中，設為正常時的通電時間TDWL。如前所述，上述能量抑制區域A與多少存在產生比點火定時提前開始燃燒的異常燃燒即提前點火的可能性的運轉區域相對應。提前點火在進氣溫度、內燃機1的溫度條件或者過渡變化的方式等各種條件重疊時產生，優選預先使該能量抑制區域A中包含產生提前點火的可能性極小的運轉條件。
[0033]此外，與圖4中由虛線所示的“OmmHg扭矩”相比靠高負載側的區域是增壓為正壓的增壓區域，上述能量抑制區域A處于該增壓區域內。另外，圖4中由矩形概略地表示的運轉區域B表示進行大量的排氣回流的排氣回流區域。點火性在較高的排氣回流率下惡化，因此該排氣回流區域B成為要求較高的放電能量的難燃燒運轉區域。該需要較高的放電能量的運