JP2007046474A - 内燃機関及び内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の点火プラグを備える内燃機関において、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合における失火を抑制すること。
【解決手段】この内燃機関は、燃焼室１ｂに点火プラグを複数備える。燃焼室１ｂの中央部１ｃには、少なくとも１個のセンタプラグ７₁が配置される。また、燃焼室１ｂのボア１ｔ側には、少なくとも１個のサイドプラグ７₂が配置される。そして、過給や圧縮比可変機構によって、点火時における燃焼室１ｂ内の圧力が所定の基準値よりも大きくなった場合には、サイドプラグ７₂からの放電が停止されて、センタプラグ７₁のみを用いて点火される。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、複数の点火プラグを備える内燃機関に関し、さらに詳しくは、点火要求電圧の高い条件で運転している場合の失火を抑制できる内燃機関及び内燃機関の運転制御装置に関するものである。

火花点火式の内燃機関においては、複数の点火プラグを用いて燃焼室内の混合気に点火する、いわゆる多点点火式の内燃機関が知られている。多点点火式では、混合気に対する着火性が向上することから、リーンバーン運転やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）を行う際にも安定して混合気に着火できる。特許文献１には、過給機を備え、かつ多数の点火ギャップをもつ点火システムを用いてリーンバーン運転を行う内燃機関が開示されている。

特開２００２−７０５６１号公報

ところで、過給や圧縮比可変機構等によって、点火時における燃焼室内圧力を上昇させることができる内燃機関の場合、点火時における燃焼室内圧力が上昇するとともに、点火に要求される電圧は高くなる。本発明者らは鋭意研究の結果、多点点火式の内燃機関の場合、過給圧力の増加や圧縮比の増加によって点火時における燃焼室内圧力が上昇すると、燃焼室の中央部よりもボア側の方が、点火に要求される電圧は高くなることを見出した。その結果、ボア側に配置される点火手段（点火プラグ）に失火が発生するおそれがあり、燃焼状態が悪化することがある。特許文献１に開示されている技術では、かかる点については考慮されておらず、点火時における燃焼室内圧力の増加によって発生するボア側に配置される点火手段の失火を抑制できない。

また、特許文献１に開示されている内燃機関は、多数の点火ギャップをもつ点火システムを備えるものの、それぞれの点火ギャップを独立して用いることはできない。このため、リーン運転を行わない場合にもすべての点火ギャップから放電するので、消費電力が増加する。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同一の燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関において、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合における失火を抑制すること、同一の燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関において、リーン運転を行わない場合の電力消費を抑制することのうち、少なくとも一方を達成できる内燃機関及び内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、同一の燃焼室に点火プラグを複数備える内燃機関であって、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、前記燃焼室のボア端部側に少なくとも１個配置されて、点火時における燃焼室内圧力が所定の基準値よりも大きい場合には、放電が停止される第２点火プラグと、を備えることを特徴とする。

この内燃機関は、過給圧力の上昇や可変圧縮機構による圧縮比の上昇等によって内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合には、ボア側に配置される点火プラグの放電を停止し、中央部に配置される点火プラグのみによって点火する。これによって、過給等によって、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合において失火を抑制できる。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記第２点火プラグのみが放電するときには、前記内燃機関が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値よりも、点火時における燃焼室内圧力の最大値を小さくすることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、同一の燃焼室に点火プラグを複数備える内燃機関であって、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、前記燃焼室のボア端部側に少なくとも１個配置される第２点火プラグと、を備え、前記内燃機関に対する空燃比に応じて、放電させる点火プラグの本数及び位置を決定するとともに、放電時間を決定することを特徴とする。

このような構成により、同一の燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関において、リーン燃焼を行わない運転条件のときには点火に供する点火プラグの本数を低減して、電力消費を抑制できる。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記第１点火プラグ又は前記第２点火プラグの点火系が故障した場合には、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比以下とすることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記空燃比に応じて放電時間を変更することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、前記燃焼室のボア側に少なくとも１個配置される第２点火プラグとを備える内燃機関の運転制御に用いるものであり、前記内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が所定の基準値よりも大きい場合には、前記第２点火プラグの放電を停止させ、前記第１点火プラグによって点火させる点火パラメータ決定部を含んで構成されることを特徴とする。

この内燃機関の運転制御装置は、過給圧力の上昇や可変圧縮機構による圧縮比の上昇等によって内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合には、ボア側に配置される点火プラグの放電を停止し、中央部に配置される点火プラグのみによって点火するように制御する。これによって、過給等によって、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合において失火を抑制できる。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記点火パラメータ決定部は、前記第２点火プラグのみが放電するときには、前記内燃機関が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値よりも、点火時における燃焼室内圧力の最大値を小さくすることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記パラメータ決定部は、放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置では、同一の燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関において、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合における失火を抑制すること、同一の燃焼室に複数の点火プラグを備える内燃機関において、リーン運転を行わない場合の電力消費を抑制することのうち、少なくとも一方を達成できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

（実施形態１）
実施形態１は、過給圧力の上昇等によって内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合には、ボア側に配置される点火プラグの放電を停止し、中央部に配置される点火プラグのみによって点火する点に特徴がある。なお、実施形態１は、過給あるいは圧縮比可変機構等によって、点火時における圧縮比が変化する内燃機関であれば適用できる。

図１は、実施形態１に係る内燃機関及びその制御系を示す断面図である。図２−１〜図２−４は、実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。なお、実施形態１では、内燃機関が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒、単気筒を問わず、また、多気筒の場合には、気筒数及びその配置は問わない。また、実施形態１では、過給機を備える内燃機関を例として説明するが、圧縮比可変機構を備える内燃機関や、過給機と圧縮比可変機構とを備える内燃機関に対しても適用できる。

この内燃機関１は、気筒１ｓ内をピストン５が往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。そして、この内燃機関１は、同一の燃焼室１ｂに複数の点火プラグを備え、運転条件に応じて複数の点火プラグのうち少なくとも一つを選択して放電させ、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。この実施形態においては、燃焼室１ｂの中央部及び燃焼室１ｂのボア側に、それぞれ１以上の点火プラグを備えていればよい。

この内燃機関１は、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ直接燃料Ｆを噴射する直噴噴射弁３を備える、いわゆる直噴の内燃機関である。なお、吸気通路を構成する吸気ポート４内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁を備える内燃機関にも本発明は適用でき、また、ポート噴射弁と直噴噴射弁３とにより燃料を噴射する、いわゆるデュアル噴射弁の内燃機関にも本発明は適用できる。

この内燃機関１は、過給手段を備える。この実施形態においては、内燃機関１の排気Ｅｘによって駆動されるターボチャージャー（以下ターボという）６０を過給手段として備える。このターボ６０は、コンプレッサ６０ｃと、内燃機関１の排気Ｅｘによりコンプレッサ６０ｃを駆動するタービン６０ｔと、両者を連結する回転軸６０ｓとで構成される。タービン６０ｔは、エキゾーストマニホールド（タービン上流側排気通路）９から供給される内燃機関１の排気Ｅｘにより駆動される。なお、過給手段には、前記ターボ６０の他にも、いわゆる電動アシストターボや、いわゆるスーパーチャージャーも用いることができる。

この内燃機関１は、吸気通路２１に設けられる電子スロットル弁７０により、吸入空気量が調整される。電子スロットル弁７０は、バタフライバルブ７１と、これを駆動するアクチュエータ７２と、バタフライバルブ７１の開度を検出する開度センサ７３とで構成される。機関ＥＣＵ（Engine Control Unit）３０は、アクセル開度センサ４４からの出力を取得して、アクチュエータ７２に制御信号を送り、開度センサ７３からのバタフライバルブ開度のフィードバック信号に基づいて、バタフライバルブ７１を適切な開度に制御する。

内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ４１によってクランク軸６のクランク角度ＣＡが検出される。機関ＥＣＵ３０は、クランク角センサ４１、カムポジションセンサ４２、ノックセンサ４３、アクセル開度センサ４４、水温センサ４５、吸気温度センサ４６、エアフローセンサ４７、吸気圧力センサ４８その他のセンサ類からの出力を取得して、点火時期や燃料噴射量を決定する。そして、機関ＥＣＵ３０は、決定値に基づき、直噴噴射弁３から燃料Ｆを噴射させる。また、機関ＥＣＵ３０は、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに取り付けられ、かつ内燃機関１の点火系５０を構成する第１及び第２点火プラグ７₁、７₂から放電させて、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。

エアクリーナ８１によって塵やごみが除去された空気Ａは、エアフローセンサ４７で流量が計測された後、吸気通路２０を通ってコンプレッサ６０ｃで圧縮される。ここで圧縮された空気Ａは、インタークーラー８２で冷却された後、電子スロットル弁７０を通過して吸気通路２２へ導かれる。空気Ａは、吸気通路２２につながる吸気ポート４から吸気弁８ｉを通って燃焼室１ｂ内に導入される。そして、直噴噴射弁３から噴射される燃料噴霧Ｆｍと混合気を形成し、この混合気が第１点火プラグ７₁又は第２点火プラグ７₂の少なくとも一方で着火されて、火炎伝播により燃焼する。なお、点火時期は、クランク角センサ４１、及び吸気弁８ｉを駆動する吸気カムシャフトの回転角を検出するカムポジションセンサ４２からの信号に基づいて決定される。

混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド６ｃを介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排気Ｅｘとなり、排気弁８ｅを通ってエキゾーストマニホールド９へ排出される。そして、この排気Ｅｘは排気通路２４を通って浄化触媒８３へ導かれ、ここで浄化されて空気中へ排出される。

エキゾーストマニホールド９と、タービン６０ｔの下流側における排気通路２４とは、バイパス通路２３ｂによりつながれている。そして、過給圧制御弁８５を開くことにより、タービン６０ｔをバイパスさせて排気Ｅｘを浄化触媒８３へ流す。過給圧制御弁８５の単位時間あたりにおける開閉回数を制御することで、ターボ６０の過給圧を制御することができる。ここで、実施形態１に係る内燃機関１では、大量の空気を燃焼室１ｂ内へ導入し、圧縮行程で内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ直噴噴射弁３から燃料Ｆを噴射すれば、リーンバーン運転が実現できる。

実施形態１に係る内燃機関１は、いわゆる多点点火式の内燃機関である。多点点火式の内燃機関は、リーンバーン運転やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気還流）時等のように、内燃機関１の燃焼が悪化する運転条件であるとき、混合気への着火性を向上させて燃焼を改善できる。また、リーンバーン運転においては、リーン限界を拡大して低ＮＯｘを実現するため、多点点火が好ましい。

実施形態１に係る内燃機関は、燃焼室１ｂの中央部１ｃと、燃焼室１ｂのボア１ｔ側とに、それぞれ少なくとも１個の点火プラグを備える。燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置される点火プラグは第１点火プラグであり、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に配置される点火プラグは第２点火プラグ（以下サイドプラグ）である。図２−１に示すように、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈには、第１点火プラグ（以下センタプラグ）７₁が燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置され、第２点火プラグ７₂が燃焼室１ｂのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ₂と排気弁８ｅ₂との間に配置される。

ここで、燃焼室１ｂの中央部１ｃについて説明する。まず、図２−１に示すように、交差して配置される吸気弁８ｉ₁と排気弁８ｅ₂との外周上において吸気弁８ｉ₁と排気弁８ｅ₂とが最短距離となる点ｉ１、ｅ２、及び、交差して配置される吸気弁８ｉ₂と排気弁８ｅ₁との外周上において吸気弁８ｉ₂と排気弁８ｅ₁とが最短距離となる点ｉ２、ｅ１上で接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を結ぶ。そして、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の交点とで囲まれる領域の内側が、燃焼室１ｂの中央部１ｃに相当する。また、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の交点とで囲まれる領域の外側が、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に相当する。

なお、図２−２に示すような、吸気弁８ｉと排気弁８ｅとをそれぞれ１個ずつ備える場合には、燃焼室１ｂの中央部１ｃ及びボア１ｔ側は次のように扱う。吸気弁８ｉと排気弁８ｅとの最短距離Ｌｍｉｎを１辺とする四角形の内側の領域が、燃焼室１ｂの中央部１ｃに相当する。また、吸気弁８ｉと排気弁８ｅとの最短距離Ｌｍｉｎを１辺とする四角形の内側の領域が、燃焼室１ｂの中央部１ｃ及びボア１ｔ側に相当する。

また、この実施形態において、図２−３、図２−４に示すように、内燃機関１は、３以上の点火プラグを用いてもよい。例えば、図２−３に示す例では、２本のサイドプラグ７₂、７₃を、燃焼室１ｂのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ₁と排気弁８ｅ₁との間、及び吸気弁８ｉ₂と排気弁８ｅ₂との間にそれぞれ配置する。図２−４に示す例では、２本のセンタプラグ７₁、７₂を燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置し、サイドプラグ７₃を気筒１ｓのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ₂と排気弁８ｅ₂との間に配置する。次に、実施形態１に係る内燃機関１が備える点火系について説明する。

図３は、実施形態１に係る内燃機関が備える点火系を示す説明図である。ここで、点火系５０は、センタ及びサイドプラグ７₁、７₂と、イグニッションコイル５１と、イグナイター５２と、バッテリー５３とを含む。イグニッションコイル５１は、１次コイル５１₁と２次コイル５１₂とで構成されている。イグニッションコイル５１は、１次コイル５１₁に接続されたバッテリー５３の電圧を２次コイル５１₂で昇圧して、センタ及びサイドプラグ７₁、７₂に供給する。イグナイター５２は機関ＥＣＵ３０に接続されており、機関ＥＣＵ３０から送られる点火信号に基づきイグニッションコイル５１に通電し、機関ＥＣＵ３０によって決定されるタイミングで、各燃焼室１ｂ₁、１ｂ₂等が備えるセンタプラグ７₁、サイドプラグ７₂から放電させる。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置の構成を説明する。

図４は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。実施形態１に係る内燃機関の運転制御は、この内燃機関の運転制御装置１０を用いて実現できる。図２に示すように、内燃機関の運転制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）３０Ｐと、記憶部３０Ｍと、入力ポート３６及び出力ポート３７と、入力インターフェイス３８及び出力インターフェイス３９とから構成される。

なお、機関ＥＣＵ３０とは別個に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０を用意し、これを機関ＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置１０が利用できるように構成してもよい。

この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０は、運転状態判定部１１、点火パラメータ決定部１２と、点火制御部１３とを含む。これらのうち、運転状態判定部１１、点火パラメータ決定部１２と、点火制御部１３とは、この実施形態に係る内燃機関の基本となる運転制御を実行する部分となる。この実施形態において、内燃機関の運転制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０を構成するＣＰＵ３０Ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ３０Ｐには、内燃機関１の運転を制御する制御部３０Ｃが含まれている。

ＣＰＵ３０Ｐと、記憶部３０Ｍとは、バス３５₃により接続される。また、内燃機関の運転制御装置１０と制御部３０Ｃとは、バス３５₁、３５₂及び入力ポート３６及び出力ポート３７を介して接続される。これにより、内燃機関の運転制御装置１０を構成する運転状態判定部１１と点火パラメータ決定部１２と点火制御部１３と制御部３０Ｃとは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０が有する内燃機関１の運転制御に関するデータを取得したり、内燃機関の運転制御装置１０の制御を機関ＥＣＵ３０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート３６には、入力インターフェイス３８が接続されている。入力インターフェイス３８には、クランク角センサ４１、カムポジションセンサ４２、ノックセンサ４３、アクセル開度センサ４４、水温センサ４５、吸気温度センサ４６、エアフローセンサ４７、吸気圧力センサ４８その他の、内燃機関１の運転状態に関する情報を取得する各種センサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス３８内のＡ／Ｄコンバータ３８ａやディジタルバッファ３８ｄにより、ＣＰＵ３０Ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート３６へ送られる。これにより、ＣＰＵ３０Ｐは、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート３７には、出力インターフェイス３９が接続されている。出力インターフェイス３９には、内燃機関１の点火系５０その他の、内燃機関１の制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス３９は、制御回路３９₁、３９₂等を備えており、ＣＰＵ３０Ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ＥＣＵ３０のＣＰＵ３０Ｐは、内燃機関１の運転を制御することができる。

記憶部３０Ｍには、この実施形態に係る内燃機関の運転制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは点火時期マップ等が格納されている。ここで、記憶部３０Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ３０Ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施形態に係る内燃機関の運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、運転状態判定部１１、点火パラメータ決定部１２及び点火制御部１３の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御について説明する。この説明においては、適宜図１〜図３を参照されたい。

図５は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。図６−１は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御に用いる制御マップ例を示す説明図である。図６−２は、点火時期を補正するための点火時期補正定数を記載したマップの一例を示す説明図である。以下の説明において、点火パラメータというときには、燃焼室に複数設けられる点火プラグの本数、配置位置、点火時期、放電時間その他の、点火に関するパラメータをいう。

この実施形態に係る内燃機関１を運転するにあたり、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の運転状態判定部１１は、内燃機関１が始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。始動時であるか否かは、例えば、クランク角度センサ４１から取得された情報に基づいて計算される内燃機関１の機関回転数ＮＥが、所定の機関回転数ＮＥｉ（アイドリング回転数）以下である場合には、始動時であると判定する。

内燃機関１の始動時（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）であれば、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火により内燃機関１を始動するように点火パラメータを決定する（ステップＳ１０２）。そして、点火制御部１３は、これに基づいて、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いて内燃機関１を始動する。これにより、混合気を安定して燃焼させることができるので、確実に内燃機関１を始動させることができる。なお、内燃機関１の始動時において、例えばバッテリー５３の充電状態に応じて、１点点火（例えばセンタプラグ７₁のみを用いる）としてもよい。例えばバッテリー５３の充電量が減少している場合には、２点点火から１点点火とすることで、より確実に点火プラグから放電させることができる。

内燃機関１の始動時に用いる点火プラグを決定したら、内燃機関１の始動時における点火時期を決定する。この実施形態においては、内燃機関１の運転条件に応じて２点点火、サイドプラグのみの１点点火、センタプラグのみの１点点火等、点火形態を変化させて内燃機関１が運転される。点火形態が異なる場合、それぞれの点火形態に対して最適な点火時期が存在する。このため、異なる点火形態に対して、それぞれ最適な点火時期で内燃機関１を運転する。

次に、この実施形態に係る点火時期の決定手順を説明する。図７は、実施形態１に係る点火時期の決定手順を示すフローチャートである。図８−１〜図８−４は、実施形態１に係る点火時期の決定において用いる基本点火時期決定マップである。点火時期を決定するにあたり、点火パラメータ決定部１２は、始動時であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。なお、上記ステップＳ１０１で始動時であると判定された場合、このステップＳ２０１でも始動時と判定される。

内燃機関１の始動時である場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、始動時用の点火時期マップ（以下始動時用点火マップという）９５を用いて点火時期を決定する（ステップＳ２０７）。始動時用点火マップ９５は、図８−４に示すように、機関回転数ＮＥが増加するにしたがって点火時期が遅角するように設定される。このように点火時期を設定することによって、燃焼室１ｂ内の混合気へ確実に点火して、内燃機関１を始動させることができる。なお、この実施形態においては、内燃機関１の始動時においては２点点火とするが、センタプラグ７₁の点火時期とサイドプラグ７₂の点火時期とを同じにしてもよいし、火炎伝播を考慮してサイドプラグ７₂の点火時期を、センタプラグ７₁の点火時期よりも進角させてもよい。

内燃機関１の始動時でない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、すなわち、内燃機関１が始動した後においては、後述するように、内燃機関１の過給圧力又は圧縮比によって点火に用いる点火プラグを選択し、選択された点火プラグの本数や選択された点火プラグの位置に応じて、最適な点火時期を決定する。内燃機関１が始動した後において内燃機関１の点火時期を決定するにあたり、点火パラメータ決定部１２は、２点点火か否かを判定する（ステップＳ２０２）。

２点点火でない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）は１点点火である。この場合、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁のみを用いる１点点火であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。センタプラグ７₁のみを用いる１点点火でない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、サイドプラグ７₂のみを用いる１点点火である。この場合、点火パラメータ決定部１２は、図８−１に示すサイドプラグ１点点火用の点火時期マップ（以下サイド１点点火用マップという）９２を用いて点火時期を決定する（ステップＳ２０４）。

サイド１点点火用マップ９２は、アクセル開度及び機関回転数ＮＥから決定される内燃機関１の要求トルクＴｑ＿ｄ及び機関回転数ＮＥに応じて、点火時期が記述してある。ここで、ＣＰは点火時期（ＢＴＤＣ：Before Top Dead Center、圧縮上死点からの角度で表すクランク角度）を表し、点火時期ＣＰに付される添え字が大きくなるにしたがって、すなわち、ＣＰ₁、ＣＰ₂、ＣＰ₃・・・の順に点火時期は進角側に移行する（以下同様）。

センタプラグ７₁のみを用いる１点点火である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、図８−２に示すセンタプラグ１点点火用の点火時期マップ（以下センタ１点点火用マップという）９３を用いて点火時期を決定する（ステップＳ２０５）。センタ１点点火用マップ９３は、内燃機関１の要求トルクＴｑ＿ｄ及び機関回転数ＮＥに応じて決定される点火時期が記述してある。

ここで、センタ１点点火用マップ９３に記述される点火時期は、同じ要求トルクＴｑ＿ｄ及び機関回転数ＮＥであれば、サイド１点点火用マップ９２に記述される点火時期よりも遅角している。すなわち、同じ要求トルクＴｑ＿ｄ及び機関回転数ＮＥであれば、サイド１点点火用マップ９２に記述される点火時期の方がセンタ１点点火用マップ９３に記述される点火時期よりも進角している。これは、サイドプラグ７₂による１点点火の場合、センタプラグ７₁による１点点火よりも火炎伝播時間を要するため、センタプラグ７₁による１点点火よりも点火時期を進角させる必要があるからである。

２点点火である場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、図８−３に示す、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火用の点火時期マップ（以下２点点火用マップという）９４を用いて点火時期を決定する（ステップＳ２０６）。２点点火用マップ９４は、内燃機関１の要求トルクＴｑ＿ｄ及び機関回転数ＮＥに応じて決定される点火時期が記述してある。なお、上記サイド１点点火用マップ９２、センタ１点点火用マップ９３等は、機関ＥＣＵ３０の記憶部３０Ｍに格納されている。また、この実施形態において、センタプラグ７₁の点火時期とサイドプラグ７₂の点火時期とは同じ時期に設定しているが、両者を異なる時期に設定してもよい。

このように、放電させる、すなわち点火に供する点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定する。すなわち、点火形態が異なる場合、それぞれの点火形態に対して最適な点火時期により点火するので、点火形態が異なっても良好な燃焼が得られる。また、後述するように、この実施形態においては、点火系５０に故障が発生した場合、故障の発生していない点火系を用いて点火することにより、点火系の故障によるドライバビリティの悪化を最小限に抑える。この場合、点火形態が異なることになるが、異なる点火形態に対して最適な点火時期により点火するので、点火系の故障によるドライバビリティの悪化をさらに小さく抑えることができる。

内燃機関１の始動時でない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、運転状態判定部１１は、内燃機関１の点火系５０に故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。なお、ここでは、一つの気筒において、点火系５０の故障を判定する。点火系５０の故障には、例えばセンタプラグ７₁やサイドプラグ７₂の故障や、イグニッションコイル５１やイグナイター５２の故障がある。例えば、イグニッションコイル５１からの２次の放電波形を機関ＥＣＵ３０に取り込み、当該放電波形によって点火系５０の故障を判定することができる。

点火系５０に故障が発生していない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、運転状態判定部１１は、現在センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火によって内燃機関１が運転されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。点火パラメータ決定部１２は、運転状態判定部１１の判定結果、及び図６−１に示す点火プラグ数決定マップ９０を用いて、内燃機関１の点火に用いる点火プラグの数を決定する。

ここで、この実施形態においては、図６−１の点火プラグ数決定マップ９０に示すように、内燃機関１に対する過給圧力Ｐｉが、所定の基準値よりも大きい場合には、ボア１ｔ端部に配置される点火プラグの放電を停止する。そして、燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置される点火プラグのみを用いて点火する。このとき、過給圧力Ｐｉが所定の基準値の近傍で変化すると、点火プラグの本数が頻繁に切り替えられてトルク変動等が発生する結果、ドライバビリティを悪化させるおそれがある。

このため、この実施形態においては、ヒステリシスを設けて点火プラグの本数を切り替える。より具体的には、点火プラグ数決定マップ９０において、点火に供する点火プラグの本数を減らす場合（図６−１の９０ａ）と、点火に供する点火プラグの本数を増やす場合（図６−１の９０ｂ）とで、所定の基準値を異ならせる。これによって、所定の基準値の近傍における点火プラグの本数の切り替え頻度が低減されるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。なお、点火プラグ数を決定するにあたり、ヒステリシスを設けなくてもよい。

２点点火で内燃機関１が運転されている場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、運転状態判定部１１は、点火時における燃焼室内圧力が所定の基準値よりも大きいか否かを判定する。この実施形態では、過給により点火時における燃焼室内圧力を上昇させるので、点火時における燃焼室内圧力は過給圧力Ｐｉで表すことができる。すなわち、過給圧力Ｐｉが大きくなれば、点火時における燃焼室内圧力も大きくなる。また、圧縮比可変機構を用いる場合には、点火時における燃焼室内圧力は圧縮比によって表すことができる。すなわち、圧縮比が大きくなれば、点火時における燃焼室内圧力も大きくなる。なお、筒内圧力センサ等によって、点火時における燃焼室内圧力を直接測定し、この実施形態に係る内燃機関の運転制御に用いてもよい。

運転状態判定部１１は、現在の過給圧力Ｐｉと第１の所定の基準値（以下第１基準過給圧力という）Ｐｓ₁とを比較する（ステップＳ１０５）。過給圧力Ｐｉは、内燃機関１に取り付けられる吸気圧力センサ４８から取得する。なお、内燃機関１が圧縮比可変機構を備える場合、内燃機関１の圧縮比と所定の基準値（基準圧縮比）とを比較する。

Ｐｉ＞Ｐｓ₁である場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁のみを用いる１点点火で内燃機関１を運転するように決定する（ステップＳ１１１）。なお、この場合は、点火に供する点火プラグの本数を減らす場合に相当する。ここで、一般に、点火プラグの点火要求電圧は、式（１）で表されるパッシェンの法則により決定される。
Ｖｒ＝Ｋ×Ｐ×ｄ＋Ｃ・・・（１）
ここで、Ｖｒは点火要求電圧、Ｋは比例定数、Ｐは点火時における燃焼室内圧力、ｄはプラグギャップ、Ｃは定数であり、点火プラグ電極温度、電極形状、混合気濃度によって決定される。

ターボ６０等による過給や、圧縮比可変機構による圧縮比の増加によって、点火時における燃焼室内圧力Ｐは増加する。式（１）からわかるように、このような場合には点火要求電圧Ｖｒが高くなる。また、ボア壁面温度や吸気流速等の影響によって、燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置される点火プラグよりも、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に配置される点火プラグの方が、点火要求電圧Ｖｒが高くなる。

このため、２点点火で内燃機関１を運転している場合において、過給圧力Ｐｉが第１基準過給圧力Ｐｓ₁よりも高い場合、あるいは圧縮比が所定の基準値よりも高い場合には、点火要求電圧の大きいサイドプラグ７₂からの放電を停止し、点火要求電圧の低いセンタプラグ７₁のみを用いた１点点火とする。なお、３本の点火プラグを図２−４に示すような配置とした場合にも、サイドプラグ７₃の放電を停止し、センタプラグのみで点火する。この場合、２本のセンタプラグ７₁、７₂の両方を用いてもよいし、２本のセンタプラグ７₁、７₂のうち１本を用いてもよい。

このように、過給圧力Ｐｉが第１基準過給圧力Ｐｓ₁よりも高い場合等には、点火要求電圧の大きいサイドプラグ７₂からの放電を停止し、点火要求電圧の低いセンタプラグ７₁のみを用いた１点点火とすることによって、点火プラグの碍子内リークを抑制できる。これによって、失火を抑制して、安定して燃焼室１ｂ内の混合気に点火して燃焼させることができるので、内燃機関１を運転することができる。また、消費電力も低減できるので、内燃機関１の燃料消費も抑制できる。

次に、運転状態判定部１１は、現在の過給圧力Ｐｉが、第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁は、内燃機関１が許容できる最大の過給圧力である。そして、内燃機関１が許容できる最大の過給圧力は、内燃機関１が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値である。

Ｐｉ≧Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、内燃機関１を保護するため、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃは、過給圧力Ｐｉを低下させて第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁以上にならないように制限する（ステップＳ１０９）。なお、図１に示す機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃが過給圧制御弁８５（図１）を開くことにより、過給圧力Ｐｉを低下させることができる。

Ｐｉ＜Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定する（ステップＳ１１５）。点火時期は、上述した、この実施形態に係る点火時期の決定手順（図７のフローチャート参照）に基づいて決定する。この場合には、センタプラグ７₁のみを用いた１点点火なので、点火パラメータ決定部１２は、図８−２に示すセンタ１点点火用マップ９３を用いて点火時期を決定する。

すなわち、点火パラメータ決定部１２は、センタ１点点火用マップ９３に、機関回転数ＮＥと、アクセル開度から定まる要求トルクＴｑ＿ｄとを与え、対応する点火時期を取得する。ここで、センタ１点点火用マップ９３は、過給あるいは圧縮比の変更がない場合における点火時期が記述してある。過給等がある場合には、ノッキングを抑制するため、過給等がない場合と比較して、点火時期を遅角させる。図６−２の過給時点火時期マップ９１には、過給がない場合に対する遅角量が、点火時期補正定数Ａとして記述してある。

内燃機関１が過給されている場合の点火時期ＣＰｐは、次のように決定される。まず、過給がない場合の点火時期をセンタ１点点火用マップ９３から取得する。このとき点火時期をＣＰとする。次に、現在の過給圧力を過給時点火時期マップ９１に与え、対応する点火時期補正定数Ａを取得する。そして、過給されているときの点火時期ＣＰｐは、ＣＰ−Ａで求めることができる。

ここで、図６−２に示すように、点火時期補正定数Ａは、過給圧力が大きくなるにしたがって大きくなる。すなわち、過給圧力が大きくなるにしたがって、点火時期を遅角させる量が大きくなる。これによって、ノッキングの発生を効果的に抑制する。点火時期が決定されたら、点火制御部１３は、決定された点火時期でセンタプラグ７₁から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。

Ｐｉ≦Ｐｓ₁である場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂の両方を用いた２点点火による内燃機関１の運転を継続するようにする（ステップＳ１０７）。次に、運転状態判定部１１は、過給圧力Ｐｉが第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。Ｐｉ≧Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃは、過給圧力Ｐｉを低下させて第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁以上にならないように制限する（ステップＳ１０９）。

Ｐｉ＜Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定する（ステップＳ１１５）。点火時期の決定手順は上述した通りである。この場合には、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂の両方を用いる２点点火なので、点火パラメータ決定部１２は、図８−３に示す２点点火用マップ９４を用いて点火時期を決定する。

点火パラメータ決定部１２は、２点点火用マップ９４に、機関回転数ＮＥと、アクセル開度から定まる要求トルクＴｑ＿ｄとを与え、対応する点火時期を取得する。ここで、２点点火用マップ９４は、過給あるいは圧縮比の変更がない場合における点火時期が記述してある。このため、点火パラメータ決定部１２は、図６−２の過給時点火時期マップ９１から決定される点火時期補正定数Ａによって、２点点火用マップ９４から取得した点火時期を補正する。この補正方法は、上述した通りである。点火時期が決定されたら、点火制御部１３は、決定された点火時期でセンタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。

２点点火で内燃機関１が運転されていない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、すなわち、１点点火で内燃機関１が運転されている場合、運転状態判定部１１は、現在の過給圧力Ｐｉと第２の所定の基準値（以下第２基準過給圧力という）Ｐｓ₂とを比較する（ステップＳ１０６）。Ｐｉ＞Ｐｓ₂である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁のみを用いる１点点火での内燃機関１の運転を維持するように決定する（ステップＳ１１１）。

次に、運転状態判定部１１は、過給圧力Ｐｉが第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。Ｐｉ≧Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃは、過給圧力Ｐｉを低下させて第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁以上にならないように制限する（ステップＳ１０９）。

Ｐｉ＜Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定し（ステップＳ１１５）、点火制御部１３は、決定された点火時期でセンタプラグ７₁から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。この手順は、既に述べたので、説明を省略する。

Ｐｉ≦Ｐｓ₂である場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火で内燃機関１の運転をするように決定する（ステップＳ１０７）。なお、この場合は、点火に供する点火プラグの本数を増やす場合に相当する。

ここで、図６−２に示すように、点火に供する点火プラグの本数を減らす場合の判定に用いる第１基準過給圧力Ｐｓ₁は、点火に供する点火プラグの本数を増やす場合の判定に用いる第２基準過給圧力Ｐｓ₂よりも大きい。これによって、点火プラグの本数を切り替える条件の近傍において、点火プラグの本数の切り替え頻度が低減されるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。

次に、運転状態判定部１１は、過給圧力Ｐｉが第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。Ｐｉ≧Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃは、過給圧力Ｐｉを低下させて第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁以上にならないように制限する（ステップＳ１０９）。

Ｐｉ＜Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定し（ステップＳ１１５）。点火制御部１３は、決定された点火時期でセンタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。この手順は、既に述べたので、説明を省略する。

次に、点火系５０に故障が発生している場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）について説明する。この場合、運転状態判定部１１は、点火系５０の故障位置を判定する（ステップＳ１１０）。サイドプラグ７₂あるいはサイドプラグ７₂に電力を供給するイグニッションコイルやイグナイターが故障した場合、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁による１点点火で内燃機関１を運転するようにする（ステップＳ１１１）。

次に、運転状態判定部１１は、過給圧力Ｐｉが第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。Ｐｉ≧Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃは、過給圧力Ｐｉを低下させて第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁以上にならないように制限する（ステップＳ１０９）。

Ｐｉ＜Ｐｍａｘ₁である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定する（ステップＳ１１５）。点火制御部１３は、決定された点火時期でセンタプラグ７₁から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。この手順は、既に述べたので、説明を省略する。

運転状態判定部１１が点火系５０の故障位置を判定した結果、センタプラグ７₁あるいはセンタプラグ７₁に電力を供給するイグニッションコイルやイグナイターが故障した場合、点火パラメータ決定部１２は、サイドプラグ７₂による１点点火で内燃機関１を運転するようにする（ステップＳ１１２）。

次に、運転状態判定部１１は、現在の過給圧力Ｐｉが第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１３）。ここで、第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂が、点火時における燃焼室内圧力の最大値になる。また、第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂は、第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁よりも小さい。すなわち、Ｐｍａｘ₁＞Ｐｍａｘ₂である。なお、Ｐｍａｘ₂／Ｐｍａｘ₁は、例えば、最大で０．９５程度とすることが好ましい。

このように、サイドプラグ７₂のみの放電よる１点点火の場合には、内燃機関が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値（すなわち第１の最大過給圧力Ｐｍａｘ₁）よりも、点火時における燃焼室内圧力の最大値を小さくする。これによって、サイドプラグ７₂の要求点火電圧が高くなることを抑制して、碍子内リークを抑えることができる。その結果、サイドプラグ７₂の失火を抑制できるので、安定して着火して内燃機関１を運転できる。

現在の過給圧力Ｐｉが、第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂以上である場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、過給圧力Ｐｉを制限する（ステップＳ１１４）。そして、過給圧力Ｐｉが、第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂よりも小さくなるようにして、サイド１点点火における要求点火点圧の上昇を抑制する。これによって、サイドプラグ７₂の碍子内リークを抑制して失火を抑制できる。現在の過給圧力Ｐｉが、第２の最大過給圧力Ｐｍａｘ₂よりも小さい場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、点火時期を決定する（ステップＳ１１５）。

点火時期の決定手順は上述した通りであり、この場合には、サイドプラグ７₂のみを用いる１点点火なので、点火パラメータ決定部１２は、図８−１に示すサイド１点点火用マップ９２を用いて点火時期を決定する。なお、サイドプラグ７₂のみを用いる１点点火の場合、火炎の伝播距離を考慮して、センタプラグ７₁のみを用いる１点点火の場合よりも点火時期を進角させてもよい。点火制御部１３は、決定された点火時期でサイドプラグ７₂から放電させて、内燃機関１を運転する（ステップＳ１１６）。

以上、この実施形態によれば、過給圧力の上昇等によって内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合には、ボア側に配置される点火プラグの放電を停止し、中央部に配置される点火プラグのみによって点火する。これによって、過給等によって、点火時における燃焼室内圧力が上昇した場合において失火を抑制できるので、確実に混合気へ着火して良好な燃焼状態を維持することができる。なお、実施形態１で開示した構成は、以下の実施形態でも適宜適用できるものとする。また、実施形態１で開示した構成と同一の構成を備えるものは、実施形態１の奏する作用、効果と同様の作用、効果を奏する。

（実施形態２）
実施形態２は、空燃比に基づいて点火に用いる点火プラグを決定する点に特徴がある。次に、実施形態２に係る内燃機関の運転制御について説明する。実施形態２に係る内燃機関の運転制御は、実施形態１で説明した内燃機関の運転制御装置１０（図４参照）で実現できる。なお、次の説明においては、適宜図１〜図４を参照されたい。

図９は、実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。図１０−１は、空燃比を決定する際に用いるデータマップの一例を示す説明図である。図１０−２は、冷間時における空燃比を決定する際に用いるデータマップの一例を示す説明図である。この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置１０が備える運転状態判定部１１は、内燃機関１が始動時であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。始動時であるか否かの判定は、実施形態１で説明した判定方法と同様である。

内燃機関１の始動時（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）であれば、内燃機関１の始動時における制御に移行して（ステップＳ３０８）、内燃機関１を始動する。内燃機関１の始動時における制御は、上記実施形態１で説明したように、センタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火により内燃機関１を始動する。また、点火時期は、機関回転数ＮＥが増加するにしたがって点火時期が遅角するように設定される始動時用点火マップ９５（図８−４）から決定される。

内燃機関１の始動時でない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、内燃機関１は運転中である。この場合、運転状態判定部１１は、内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを取得し、これに基づいてＡ／Ｆ（空燃比）を決定する。冷却水温度Ｔｗは、内燃機関１に取り付けられる水温センサ４５によって測定する。

冷却水温度Ｔｗを取得したら、運転状態判定部１１は、予め定めた所定の基準水温（以下暖機終了判定温度）Ｔｗｓと取得した冷却水温度Ｔｗとを比較する（ステップＳ３０２）。その結果、Ｔｗ≧Ｔｗｓである場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、運転状態判定部１１は、内燃機関１の暖機が終了したと判定して、点火パラメータ決定部１２は、図１０−１に示す基本Ａ／Ｆマップ９６によって仮Ａ／Ｆを設定する。

基本Ａ／Ｆマップ９６は、内燃機関１の機関回転数ＮＥと、内燃機関１に対する要求トルクＴｑ＿ｄとによってＡ／Ｆを決定する。内燃機関１に対する要求トルクＴｑ＿ｄは、機関ＥＣＵ３０の制御部３０Ｃがアクセル開度を取得し、これに基づいて算出する。点火パラメータ決定部１２は、この要求トルクＴｑ＿ｄと、機関回転数ＮＥとを基本Ａ／Ｆマップ９６に与えて、対応するＡ／Ｆを取得する。ここで、基本Ａ／Ｆマップ９６中のＡ／Ｆ＿Ｒはリッチ（燃料過多）、Ａ／Ｆ＿Ｓはストイキ（理論空燃比）、Ａ／Ｆ＿Ｌ₁〜Ａ／Ｆ＿Ｌ₃はリーン（酸素過多）を表す。また、Ａ／Ｆ＿Ｌ₁＜Ａ／Ｆ＿Ｌ₂＜Ａ／Ｆ＿Ｌ₃である。

基本Ａ／Ｆマップ９６により仮Ａ／Ｆを決定したら（ステップＳ３０３）、運転状態判定部１１は、内燃機関１の点火系５０に故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。点火系５０の故障判定方法は上述した通りである。点火系５０に故障が発生していない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、点火パラメータ決定部１２は、上記ステップＳ３０３で設定した仮Ａ／Ｆを、内燃機関１の運転制御に用いるＡ／Ｆとして設定する（ステップＳ３０６）。

一方、点火系５０に故障が発生している場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、点火パラメータ決定部１２は、仮Ａ／Ｆを、ストイキでの空燃比Ａ／Ｆ＿Ｓ（例えば１４．５）以下の空燃比とする（ステップＳ３０５）。すなわち、ストイキあるいはストイキよりもリッチ（燃料過多）で内燃機関１を運転する。これによって、放電可能な点火プラグの本数が減少しても、確実に混合気に着火して、内燃機関１を運転することができる。次に、点火パラメータ決定部１２は、ステップＳ３０５で設定した仮Ａ／Ｆを、内燃機関１の運転制御に用いるＡ／Ｆとして設定する（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３０２において、運転状態判定部１１が、予め定めた所定の基準水温Ｔｗｓと取得した冷却水温度Ｔｗとを比較した結果、Ｔｗ＜Ｔｗｓである場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、運転状態判定部１１は、内燃機関１の暖機は終了していないと判定する。すなわち、内燃機関１は、冷間時であると判定できる。この場合、点火パラメータ決定部１２は、図１０−２に示す冷間時Ａ／Ｆマップ９７に内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを与え、冷間時Ａ／Ｆマップ９７から対応するＡ／Ｆを取得し、これを仮Ａ／Ｆを設定する（ステップＳ３０７）。

図１０−２に示す冷間時Ａ／Ｆマップ９７は、内燃機関１の冷却水温度Ｔｗが上昇するにしたがって、Ａ／Ｆを大きくするようになっている。そして、冷却水温度Ｔｗが暖機終了判定温度Ｔｗｓに到達したときには、ストイキにおける空燃比Ａ／Ｆ＿Ｓとなるように記述されている。内燃機関１の暖機中は燃料が霧化しにくいが、内燃機関１に供給する燃料の量を増量することで、これを補う。

冷間時Ａ／Ｆマップ９７から仮Ａ／Ｆを設定したら（ステップＳ３０７）、運転状態判定部１１は、内燃機関１の点火系５０に故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。点火系５０の故障判定方法は上述した通りである。点火系５０に故障が発生していない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、点火パラメータ決定部１２は、上記ステップＳ３０７で設定した仮Ａ／Ｆを、内燃機関１の運転制御に用いるＡ／Ｆとして設定する（ステップＳ３０６）。点火系５０に故障が発生している場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）については上述した通りである。

次に、点火に用いる点火プラグの本数、位置及び放電時間を決定する手順を説明する。図１１は、点火に用いる点火プラグの本数、位置及び放電時間を決定する手順を示すフローチャートである。図１２−１は、点火に用いる点火プラグの本数及び位置を決定する際に用いるマップの一例を示す説明図である。図１２−２は、放電時間を記述したマップの一例を示す説明図である。図１２−３は、放電時間を補正するための放電時間係数を記述したマップの一例を示す説明図である。

この実施形態においては、空燃比に応じて点火に用いる点火プラグの本数、位置及び放電時間を決定する。まず、運転状態判定部１１は、内燃機関１の点火系５０に故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ４０１）。点火系５０の故障判定方法は上述した通りである。点火系５０に故障が発生していない場合（ステップＳ４０１：Ｎｏ）、設定したＡ／Ｆから、点火に用いる点火プラグの本数、点火プラグの位置及び放電時間を決定する（ステップＳ４０２）。なお、放電時間は、機関回転数ＮＥに応じて変更するので、ここでは、基本放電時間τ_Bを決定する。

点火パラメータ決定部１２は、設定したＡ／Ｆを図１２−１に示す点火プラグ決定マップ９８に与える。そして、設定したＡ／Ｆに対応する点火プラグを決定する。この点火プラグ決定マップ９８は、原則として、リーン燃焼領域で２点点火として着火性を向上させ、確実に燃焼させる。一方、Ａ／Ｆが１７程度までの燃焼領域（ストイキあるいは弱リーン燃焼領域）においては１点点火（この例ではセンタプラグ７₁を用いる）として、電力消費を抑制して燃料消費を低減し、また点火プラグの電極摩耗を抑制する。

この点火プラグ決定マップ９８では、１点点火から２点点火に移行する際には、Ａ／Ｆ＝１７を基準としてセンタプラグ７₁のみの１点点火からセンタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火に切り替える。一方、２点点火から１点点火に移行する際には、Ａ／Ｆ＝１６を基準としてセンタプラグ７₁及びサイドプラグ７₂を用いる２点点火からセンタプラグ７₁のみの１点点火に切り替える。

このように、１点点火から２点点火に移行する場合と２点点火から１点点火に移行する場合とで、点火プラグの本数を切り替える基準となるＡ／Ｆを変更することにより、点火プラグの本数を切り替える際にヒステリシスをもたせる。これによって、点火プラグの本数を切り替える基準となるＡ／Ｆの近傍における点火プラグの本数の切り替え頻度が低減されるので、トルク変動等によるドライバビリティの悪化を抑制できる。

なお、実施形態１で説明したように、決定した点火プラグの本数及び位置に対応して点火時期を設定してもよい。この場合、図８−１、図８−２、図８−３に示すサイド１点点火用マップ９２、センタ１点点火用マップ９３、２点点火用マップ９４を用いて、点火プラグの本数及び位置に対応した点火時期を設定する。このようにすれば、より好ましいタイミングで燃焼室内の混合気に点火できるので、より確実に、かつ効率よく混合気を燃焼させることができる。

基本放電時間τ_Bは、図１２−２に示す基本放電時間マップ９９ａを用いて決定する。基本放電時間τ_Bは、内燃機関１が低回転（２０００ｒｐｍ以下、例えばアイドリング回転数）で運転される場合の放電時間である。基本放電時間τ_Bは、空燃比Ａ／Ｆの増加にしたがって長くする。すなわち、Ａ／Ｆが１７程度までの燃焼領域（ストイキあるいは弱リーン燃焼領域）では燃料が比較的多いため、基本放電時間τ_Bは短くても着火性の悪化はほとんど発生しない。このため、Ａ／Ｆが１７程度までの燃焼領域では、基本放電時間τ_Bを短くして、電力消費を抑制する。

一方、弱リーン燃焼領域よりもＡ／Ｆが大きくなると、空気量に対して燃料の量が低下する結果、着火性が悪化して失火等を引き起こすおそれがある。このため、Ａ／Ｆが１７程度までの燃焼領域よりも基本放電時間を長くして、確実に混合気へ着火する。点火パラメータ決定部１２は、設定したＡ／Ｆを基本放電時間マップ９９ａに与え、基本放電時間τ_Bを決定する（ステップＳ４０２）。

点火に用いる点火プラグの本数、点火プラグの位置及び放電時間を決定したら（ステップＳ４０２）、点火パラメータ決定部１２は、放電時間係数マップ９９ｂに内燃機関１の機関回転数ＮＥを与えて、対応する放電時間係数ａ_Sを取得する（ステップＳ４０３）。機関回転数ＮＥが上昇すると放電可能な時間は短くなるため、機関回転数ＮＥが上昇した場合には、内燃機関１が低回転で運転される場合の放電時間である基本放電時間τ_Bをそのまま用いると放電時間が長すぎる場合がある。そこで、放電時間係数ａ_Sを用いて基本放電時間τ_Bを修正し、修正した後の放電時間で点火プラグから放電させる。ここで、図１２−３に示すように、放電時間係数ａ_Sは、機関回転数ＮＥの上昇とともに小さくなるように設定されており、最大値は１．０である。

点火パラメータ決定部１２は、基本放電時間τ_Bに放電時間係数ａ_Sを乗じて、内燃機関１の運転に用いる放電時間τを決定する（ステップＳ４０４）。そして、点火制御部１３は、上記手順で決定された点火プラグの本数、位置及び放電時間で、内燃機関１を運転する。

点火系５０に故障が発生している場合（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、運転状態判定部１１は、点火系５０の故障位置を判定する（ステップＳ４０５）。サイドプラグ７₂あるいはサイドプラグ７₂に電力を供給するイグニッションコイルやイグナイターが故障した場合、点火パラメータ決定部１２は、センタプラグ７₁による１点点火で内燃機関１を運転するようにする（ステップＳ４０６）。一方、運転状態判定部１１が、センタプラグ７₁あるいはセンタプラグ７₁に電力を供給するイグニッションコイルやイグナイターが故障していると判定した場合、点火パラメータ決定部１２は、サイドプラグ７₂による１点点火で内燃機関１を運転するようにする（ステップＳ４０７）。

その後、点火パラメータ決定部１２は、放電時間τを予め設定した放電時間τ₁に設定する（ステップＳ４０８）。１点点火の場合には、Ａ／Ｆ及び機関回転数ＮＥに関わらず放電時間を一定として、確実に混合気へ着火するためである。なお、センタプラグ７₁を用いる場合と、サイドプラグ７₂を用いる場合とで放電時間τを変更してもよい。例えば、燃焼室１ｂ内における混合気の流れや、ボア１ｔ近傍における温度低下等により、センタプラグ７₁と比較してサイドプラグ７₂の着火性が悪くなる場合は、サイドプラグ７₂の放電時間をセンタプラグ７₁より長くしてもよい。このように、使用する点火プラグの位置に応じて放電時間τを変更することで、より着火性を改善することができる。次に、放電時間τを変更する一例を説明する。

図１２−４は、放電時間を変更する方法の概念を示す説明図である。この方法は、一つの点火プラグに対してイグニッションコイルを２系統用意し、これらを交互に用いることで放電時間τを変更するものである。より具体的には、第１のイグニッションコイルで放電させている間に第２のイグニッションコイルを充電する。そして、第１のイグニッションコイルによる放電が終了したら、第２のイグニッションコイルによって放電する。この繰り返し回数を変更することによって、放電時間を変化させることができる（図１２−４のτ_v）。なお、放電時間を変化させる方法はこれに限られない。

以上、この実施形態では、空燃比に応じて点火に用いる点火プラグの本数及び配置位置を決定する。これによって、むやみに多点点火を用いることはなくなるので、電力消費を抑制できるとともに、電極の摩耗も抑制できる。また、リーン燃焼領域においては、ストイキやリッチ燃焼領域と比較して放電時間を長くするので、リーン燃焼領域を拡大できる。

ここで、実施形態２においては、次の発明が開示される。これらの発明は、複数の点火プラグを備え、かつリーン燃焼が可能な内燃機関において、点火に要する電力の消費を抑制することを目的としている。

第１の発明は、同一の燃焼室に点火プラグを複数備える内燃機関であって、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、前記燃焼室のボア端部側に少なくとも１個配置される第２点火プラグと、を備え、前記内燃機関に対する空燃比に応じて、放電させる点火プラグの本数及び位置を決定するとともに、放電時間を決定することを特徴とする内燃機関である。

このような構成により、リーン燃焼を行う運転条件のときに多点点火をすることによりリーン燃焼の改善を実現でき、また、リーン燃焼を行わない運転条件のときには点火に供する点火プラグの本数を低減して、電力消費を抑制する。また点火プラグの電極摩耗も抑制できる。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記第１点火プラグ又は前記第２点火プラグの点火系が故障した場合には、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比以下とすることを特徴とする内燃機関である。

これにより、上記発明の作用、効果に加え、点火プラグの本数が減少しても、ストイキ又はリッチの状態で燃焼させるため、確実に混合気へ着火して燃焼させることができる。その結果、点火系に故障が発生した場合でも、内燃機関を安定して運転できるので、点火系の故障によるドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。なお、点火系には、第１点火プラグ又は第２点火プラグも含まれる。

また、第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記空燃比に応じて放電時間を変更することを特徴とする内燃機関である。

これにより、上記発明の作用、効果に加え、リーン燃焼領域においては放電時間を長くすることができるので、確実に混合気に着火させて、安定して内燃機関を運転できる。また、リーン燃焼領域において着火性が向上するので、リーン燃焼領域を拡大することができる。

また、第４の発明は、前記第１の発明〜前記第３の発明のいずれか一つにおいて、放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする内燃機関である。

これにより、上記発明の作用、効果に加え、点火プラグの本数、あるいは配置場所の異なる点火形態において、最適な点火時期で燃焼室内の混合気へ着火することができる。その結果、より良好な燃焼状態が得られるので、熱効率の向上、リーン領域の拡大といった効果が得られる。

以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、複数の点火プラグを備える内燃機関に有用であり、特に、過給や圧縮比可変機構等によって点火時における燃焼室内圧力が変化する内燃機関に適している。

実施形態１に係る内燃機関及びその制御系を示す断面図である。 実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。 実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。 実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。 実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。 実施形態１に係る内燃機関が備える点火系を示す説明図である。 実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。 実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。 実施形態１に係る内燃機関の運転制御に用いる制御マップ例を示す説明図である。 点火時期を補正するための点火時期補正定数を記載したマップの一例を示す説明図である。 実施形態１に係る点火時期の決定手順を示すフローチャートである。 実施形態１に係る点火時期の決定において用いる基本点火時期決定マップである。 実施形態１に係る点火時期の決定において用いる基本点火時期決定マップである。 実施形態１に係る点火時期の決定において用いる基本点火時期決定マップである。 実施形態１に係る点火時期の決定において用いる基本点火時期決定マップである。 実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。 空燃比を決定する際に用いるデータマップの一例を示す説明図である。 冷間時における空燃比を決定する際に用いるデータマップの一例を示す説明図である。 点火に用いる点火プラグの本数、位置及び放電時間を決定する手順を示すフローチャートである。 点火に用いる点火プラグの本数及び位置を決定する際に用いるマップの一例を示す説明図である。 放電時間を記述したマップの一例を示す説明図である。 放電時間を補正するための放電時間係数を記述したマップの一例を示す説明図である。 放電時間を変更する方法の概念を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ｂ 燃焼室
１ｃ 中央部
１ｈ シリンダヘッド
１ｓ 気筒
１ｔ ボア
７₁ センタプラグ（第１点火プラグ）
７₂ サイドプラグ（第２点火プラグ）
１０ 内燃機関の運転制御装置
１１ 運転状態判定部
１２ 点火パラメータ決定部
１３ 点火制御部
３０ 機関ＥＣＵ
５０ 点火系
６０ ターボ
９０ 点火プラグ数決定マップ
９１ 過給時点火時期マップ
９２ サイド１点点点火用マップ
９３ センタ１点点点火用マップ
９４ ２点点火用マップ
９５ 始動時用点火マップ
９６ 基本Ａ／Ｆマップ
９７ 冷間時マップ
９８ 点火プラグ決定マップ
９９ａ 基本放電時間マップ
９９ｂ 放電時間係数マップ

Claims (10)

1. 同一の燃焼室に点火プラグを複数備える内燃機関であって、
   燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、
   前記燃焼室のボア端部側に少なくとも１個配置されて、点火時における燃焼室内圧力が所定の基準値よりも大きい場合には、放電が停止される第２点火プラグと、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記第２点火プラグのみが放電するときには、前記内燃機関が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値よりも、点火時における燃焼室内圧力の最大値を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 同一の燃焼室に点火プラグを複数備える内燃機関であって、
   燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、
   前記燃焼室のボア端部側に少なくとも１個配置される第２点火プラグと、を備え、
   前記内燃機関に対する空燃比に応じて、放電させる点火プラグの本数及び位置を決定するとともに、放電時間を決定することを特徴とする内燃機関。
5. 前記第１点火プラグ又は前記第２点火プラグの点火系が故障した場合には、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比以下とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記空燃比に応じて放電時間を変更することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
7. 放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
8. 燃焼室の中央部に少なくとも１個配置される第１点火プラグと、前記燃焼室のボア側に少なくとも１個配置される第２点火プラグとを備える内燃機関の運転制御に用いるものであり、
   前記内燃機関の点火時における燃焼室内圧力が所定の基準値よりも大きい場合には、前記第２点火プラグの放電を停止させ、前記第１点火プラグによって点火させる点火パラメータ決定部を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
9. 前記点火パラメータ決定部は、
   前記第２点火プラグのみが放電するときには、前記内燃機関が許容できる、点火時における燃焼室内圧力の最大値よりも、点火時における燃焼室内圧力の最大値を小さくすることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の運転制御装置。
10. 前記パラメータ決定部は、
    放電させる点火プラグの本数又は放電させる点火プラグが配置されている位置の少なくとも一方に基づいて、放電させる点火プラグの点火時期を設定することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の運転制御装置。

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