JP2008121489A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグの要求放電電圧を確認して、内燃機関の安定駆動を図ることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】点火プラグ１０を備えている火花点火型内燃機関１Ａの制御装置であって、前記点火プラグの要求放電電圧を、点火時の燃焼室５３内の圧力に基づいて算出する放電電圧算出手段２０を備えている。放電電圧算出手段が内燃機関の状態や点火プラグ自体の状態により変化する要求放電電圧を算出するので、この要求放電電圧を参照して内燃機関の駆動制御、点火プラグの破損予防に活用できる。放電電圧算出手段は、前記燃焼室へ吸入空気を供給する吸気通路の管内圧力、吸気弁閉時での燃焼室容積及び点火時での燃焼室容積に基づいて、前記点火時の燃焼室内の圧力を算出してもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気筒の燃焼室に臨むように点火プラグが配置されており、火花（スパーク）を飛ばすことにより混合気を爆発させ、駆動力を得ている火花点火型の内燃機関についての制御装置に関する。

従来において一般的なガソリンエンジンは火花点火型の内燃機関であり、燃焼室に臨むようにして点火プラグが配置されている。火花点火型の内燃機関は、ピストンを上昇させて燃焼室内の混合気を圧縮したときに点火プラグに所定の電圧を印加して電極間に火花（スパーク）を飛ばして爆発を誘発する。このときに発生する膨張力に基づいて駆動力を得ている。点火プラグの点火タイミングや火花を飛ばすのに必要な電圧（以下においては、「要求放電電圧」と称する）はエンジンの状態に応じて変化する。点火プラグが不適正な点火動作をするとエンジンの駆動が不安定となるので、点火プラグの状態には常に十分な配慮をすることが必要である。

例えば、エンジンが長時間アイドル状態で保持された後に、全開加速の状態に切り替えられると点火プラグの要求放電電圧が高くなることや、火花が飛び難くなる場合がある。このような状態になると失火などが発生してエンジンの駆動が悪化してしまう。これに対して、特許文献１は所定時間アイドル状態が継続した後に、全開加速するときには所定時間、要求放電電圧を低減するようにしたエンジンの制御装置を提案する。これによりエンジンの失火による運転性悪化を予防するようにしている。

特開平６−２８８３２６号公報

駆動中でエンジンの状態は常に変化する。よって、エンジン状態に応じて点火プラグの要求放電電圧を確認することが望ましい。点火プラグの最適な要求放電電圧を確認できれば、エンジンの安定駆動に役立てることができる。また、点火プラグは時間と共に劣化することが避けられないので、要求放電電圧を確認できれば点火プラグの破損するときを予測して迅速に対応できる。しかしながら、上記特許文献１で開示している内燃機関の制御装置は、点火プラグの要求放電電圧を精度よく求めて、これを制御に活用することにまでは配慮していない。

よって、本発明の目的は、点火プラグの要求放電電圧を確認して、内燃機関の安定駆動を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することである。

上記目的は、点火プラグを備えている火花点火型内燃機関の制御装置であって、前記点火プラグの要求放電電圧を、点火時の燃焼室内の圧力に基づいて算出する放電電圧算出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置により達成される。

本発明によると、放電電圧算出手段が内燃機関の状態や点火プラグ自体の状態により変化する要求放電電圧を算出するので、この要求放電電圧を参照して内燃機関の駆動制御、点火プラグの破損予防に活用できる。

また、前記放電電圧算出手段は、前記燃焼室へ吸入空気を供給する吸気通路の管内圧力、吸気弁閉時での燃焼室容積及び点火時での燃焼室容積に基づいて、前記点火時の燃焼室内の圧力を算出してもよい。

上記管内圧力（吸気管圧力Ｐｉｎ）、吸気弁閉時での燃焼室容積Ｖｉｖｃ及び点火時での燃焼室容積Ｖｓａは、従来の内燃機関に配置されているセンサの出力から得ることができる。よって、既存の構造を利用して、上記要求放電電圧Ｖｒを簡単に確認できるので本発明は実現が容易である。なお、上記管内圧力に替えて、吸入空気量及び吸気温度を用いてもよいし、燃焼室内の圧力を直接に検出するようにしてもよい。

また、前記放電電圧算出手段は、前記点火プラグを点火させた放電エネルギを積算した総放電エネルギから劣化を考慮した第２の要求放電電圧を算出するようにしてもよい。また、前記放電電圧算出手段は、内燃機関回転数、機関温度、空燃比、ＥＧＲ量及び点火プラグ位置の少なくともいずれかに１つを用いて補正した第３の要求放電電圧を算出するようにしてもよい。内燃機関の状態に応じて算出される基本要求放電電圧を、点火プラグの劣化度合や補正係数を用いて補正してすることで、より高い精度の要求放電電圧を算出できる。

そして、前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、ノッキングが起こらない範囲で前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える制御装置として構成することがより望ましい。

また、前記内燃機関の吸気通路内に吸気流を制御する吸気制御弁が配置されており、前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、前記吸気制御弁を開くことにより前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える制御装置としてもよい。

また、前記内燃機関の燃焼室に複数の点火プラグが配備されており、前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、点火させる点火プラグの数を減少させること及び／又は点火させる点火プラグを外側に変更することにより、前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える制御装置としてもよい。

また、前記点火プラグを加熱する加熱手段が配置されており、前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、前記加熱手段を制御して前記点火プラグを加熱して、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える制御装置としてもよい。

また、前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超えたときに、前記点火プラグに破損の可能性があると判断して警告を発する警告手段を更に備えていることがより望ましい。このような警告手段を備えていれば、内燃機関の運転者に点火プラグの点検、交換を促すことができるので迅速に対処できる。

本発明によれば、点火プラグの要求放電電圧を確認して、内燃機関の安定駆動を図ることができる内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。

図１は、実施例１に係る制御装置が適用されている内燃機関１Ａ（以下、エンジン１Ａと称する）の吸気系及び気筒周辺を示した図である。吸入空気（大気）ＡＲは、吸気通路２に接続されたサージタンク３に一定量が貯留され、インテークマニホールド４を介して気筒５へと供給されている。気筒５はシリンダ５１と、その内部を摺動するピストン５２とを備えている。ピストン５２の上部に燃焼室５３が形成される。燃焼室５３の容積（体積）はピストン５２の移動位置に応じて変化する。

インテークマニホールド４の上部所定位置には燃料噴射弁６が挿し込まれており、霧化された燃料ＦＥが内部に向けて噴射される。この燃料ＦＥは上流から流れてくる吸気ＡＲと混合されて混合ガスとなり燃焼室５３内へ導入される。インテークマニホールド４の下流端には吸気弁（インテークバルブ）７が配備されており、この吸気弁７が燃焼室５３に入る混合ガスを規制する。吸気弁７の上端はエンジン１Ａの駆動状態に応じて回転するカムシャフト８のカム面に当接している。このカムシャフト８の回転位置に応じて吸気弁７が軸方向位置を変化させて燃焼室５３を開閉する。

さらに、燃焼室５３の上部には点火プラグ１０が配備してある。点火プラグ１０はその電極が燃焼室５３内に臨むようにして配置されており、要求放電電圧が印加されたときに火花を飛ばして混合ガスを爆発させる。

なお、このエンジン１Ａのインテークマニホールド４内には、吸気通路内を分割するように仕切板１１が配設されている。この仕切板１１の上流側には、吸気制御弁としてのタンブル制御弁１２が配備されている。このタンブル制御弁１２の開閉を制御することで、燃焼室５３内にタンブル流（縦渦流）を形成して燃焼効率の向上を図ることができるように形成してある。

上述したエンジン１Ａに係る各部構成は一般的なものであり、電子制御装置（Electronic Control Unit、以下、ＥＣＵ２０と称する）によって全体的に制御されている。

そして、図１で示している装置には、点火プラグ１０の要求放電電圧（火花を飛ばすのに必要な放電電圧）を算出して、エンジン１Ａの安定駆動を図る制御装置が組込まれている。この制御装置に係る構成を更に説明する。

上記ＥＣＵ２０は放電電圧算出手段として機能して、点火プラグ１０が要求放電電圧を算出する。また、ＥＣＵ２０は点火プラグ１０が破損することを予防する破損予防手段としても機能する。なお、ＥＣＵ２０は、点火プラグ１０の要求放電電圧を演算するためのプログラム、点火プラグ１０の破損を予防するためのプログラムなどを格納できる図示しない記憶装置を備えている。

サージタンク３には内部の吸気圧力を検出する吸気管圧力センサ２１が配備されている。この吸気管圧力センサ２１の出力信号はＥＣＵ２０へ供給されている。よって、ＥＣＵ２０は吸気管圧力Ｐｉｎを確認できる。また、カムシャフト８の回転角度（以下、カム角と称する）を検出するカム角センサ２２が配備されている。このカム角センサ２２の出力信号もＥＣＵ２０へ供給されている。これによりＥＣＵ２０は、カム角センサ２２の出力から吸気弁７の位置を確認できるので、吸気弁７の閉じタイミングや燃焼室５３内の点火タイミングなどを確認できる。これらのタイミング（時期）とピストン５２の移動位置には一定の関係がある。よって、ＥＣＵ２０はカム角センサ２２の出力に基づいて、吸気弁７の閉じタイミング及びそのときの燃焼室容積Ｖｉｖｃ、また点火タイミング及びそのときの燃焼室容積Ｖｓａを特定できる。

ＥＣＵ２０は、上記吸気管圧力Ｐｉｎ、燃焼室容積Ｖｉｖｃ及び燃焼室容積Ｖｓａから点火時の燃焼室内の圧力（以下、点火時筒内圧力Ｐｓａと称す）を求める。点火時筒内圧力Ｐｓａ（kPa.abs）は、次式（１）により算出することができる。
点火時筒内圧力Ｐｓａ＝Ｐｉｎ・（Ｖｉｖｃ／Ｖｓａ）^Ｘ・・・・・・（１）
ただし、
Ｐｉｎ ：吸気管圧力（kPa.abs）
Ｖｉｖｃ：吸気弁の閉じ時期の燃焼室容積（ｃｃ）
Ｖｓａ ：点火時期の燃焼室容積（ｃｃ）
χ ：比熱比（＝1.32）

図２は、ＥＣＵ２０が上記点火時筒内圧力Ｐｓａを求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ２０は点火プラグ１０の要求放電電圧の算出する要求指令があったときに、このルーチンを起動する。要求放電電圧の算出要求指令は、例えばエンジン１Ａの始動直後にＥＣＵ２０自らが発するように設定してもよいし、エンジン１Ａの駆動後において一定周期で発するように設定してもよい。

ＥＣＵ２０は、まず吸気管圧力センサ２１の出力から吸気管圧力Ｐｉｎを確認する（Ｓ１０１）。続いて、ＥＣＵ２０はカム角センサ２２の出力からカムシャフト８のカム角を確認することで吸気弁７の位置を知る。これにより、ＥＣＵ２０は、吸気弁の閉じのタイミングを検出して、吸気弁７の閉時の燃焼室容積Ｖｉｖｃを確認する（Ｓ１０２）。更に、ＥＣＵ２０は、点火プラグ１０の点火タイミングで、吸気弁７の点火時の燃焼室容積Ｖｓａを確認する（Ｓ１０３）。最後に、ＥＣＵ２０は確認して各数値を用いて点火時筒内圧力Ｐｓａを算出する（Ｓ１０４）。

上記のように点火時筒内圧力Ｐｓａを求めることができれば、これに応じた標準的な点火プラグ１０の要求放電電圧（以下、基本要求放電電圧Ｖｒ １と称する）を求めることができる。図３は、点火時筒内圧力Ｐｓａと基本要求放電電圧Ｖｒ １との関係について示している図である。ＥＣＵ２０が備える記憶装置に、図３で示すようなＰｓａとＶｒ １との関係をまとめたテーブルを予め格納しておくことで、上記のようにして点火時筒内圧力Ｐｓａを求めたときに基本要求放電電圧Ｖｒ １（ｋＶ）を簡単に算出することができる。

なお、図３における傾きαは、筒内圧力と要求放電電圧との相関係数であり、例えばこのαは７．０２（ｋＶ／Ｍｐａ）である。また、切片βは筒内圧力と要求放電電圧との相関係数であり、例えばこのβは９．０３（ｋＶ／Ｍｐa）である。

上記基本要求放電電圧Ｖｒ １は、センサの出力から単純に求めた要求放電電圧であり、点火プラグ１０の劣化（経時変化）なども考慮した要求放電電圧を求めることがより好ましい。図４は、点火プラグ１０の劣化に伴って、増加する放電電圧値の様子について示した図である。１回の放電エネルギをＪとすると、放電エネルギの総和はΣｅであり、次式（２）で求められる。
Σｅ＝∫Ｊｄｔ・・・・・・・（２）

そして、上記放電エネルギ総和Σｅ、点火プラグの磨耗度合い（プラグギャップＧａｐ）、及び放電電圧の増加量（Ｖｇａｐ）は互いに次式（３）の関係にある。
Ｖｇａｐ∝Ｇａｐ∝Σｅ・・・・（３）
以上をまとめて示しているのが図４であり、点火プラグ１０の劣化を考慮した第２の要求放電電圧（以下、劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２と称する）は、次式（４）によって算出することができる。すなわち、劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２は、基本要求放電電圧Ｖｒ １に、劣化による増加量（Ｖｇａｐ）を加えたものとして算出される。
劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２＝Ｖｒ １＋Ｖｇａｐ・・・（４）

図５は、図２のフローチャートで求めた点火時筒内圧力Ｐｓａに基づいて、ＥＣＵ２０が基本要求放電電圧Ｖｒ １、さらに劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２を求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。

まず、ＥＣＵ２０は図３で示したテーブルに基づいて基本要求放電電圧Ｖｒ １を算出する（Ｓ１１１）。これと並行して、ＥＣＵ２０は点火プラグ１０の放電エネルギＪを監視すると共に（Ｓ１１２）、これを逐次に積算して総放電エネルギΣｅを算出する（Ｓ１１３）。また、図４で示したテーブルに基づいて放電電圧の増加量Ｖｇａｐを算出する（Ｓ１１４）。

最後に、ＥＣＵ２０は上記ステップＳ１１１で得た、基本要求放電電圧Ｖｒ １を増加量Ｖｇａｐで修正した、劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２を算出する（Ｓ１１５）。このように点火プラグ１０の劣化も配慮した要求放電電圧Ｖｒ ２を求めることができる。

上記のように求めた劣化考慮の放電電圧Ｖｒ ２を要求放電電圧としてもよいが、エンジン１Ａの状態は負荷に応じて変化しており、これに伴って点火プラグ１０の要求放電電圧も変化する。よって、エンジン１Ａの状態より詳細に確認し、これに応じて補正を加えることでより適正な第３の要求放電電圧（以下、適正要求放電電圧ｆＶｒと称する）を求めることができる。

図６は、要求放電電圧Ｖｒ ２に加えるのが好ましい補正項目例をまとめて示した図である。排気Ａ／Ｆ（空燃比）、エンジン水温、エンジンがＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を備えている場合のＥＧＲ量、エンジン回転数、また気筒に複数の点火プラグが挿し込まれている場合における配置位置などにより点火プラグの温度が変化することが知られている。よって、これらの値を参照して要求放電電圧を補正すると、より精度の高い適正要求放電電圧ｆＶｒを算出できる。なお、ここで説明したように、第２の要求放電電圧となる劣化考慮の放電電圧Ｖｒ ２に、更に補正を加えることでより精度が高い適正要求放電電圧ｆＶｒを求めることができる。しかし、当初の基本要求放電電圧Ｖｒ １に直接上記補正を加えて適正要求放電電圧ｆＶｒを簡易に求めるようにしてもよい。

図７は、補正係数の一例として、Ａ／Ｆの補正係数Ｋａ/ｆ、エンジン水温の補正係数Ｋｗｔ、ＥＧＲ量の補正係数Ｋｅｇｒ、エンジン回転の補正係数Ｋｎｅ、及び点火プラグの位置補正係数Ｋｈｐを示した図である。ＥＣＵ２０の記憶装置に、図７で示したような情報に基づく補正テーブルが予め格納しておき、必要なときに読出して使用できるようにしておけばよい。なお、ＥＣＵ２０は上記補正係数の内の１つを採用して適正要求放電電圧ｆＶｒを求めてもよいし、複数の補正係数を用いて適正要求放電電圧ｆＶｒを求めるようにしてもよい。

ＥＣＵ２０は、図６で示すように、排気Ａ/Ｆセンサの出力を確認したときに補正係数Ｋａ/ｆを読み出す。以下、同様にエンジン水温補正係数ｋｗｔ、ＥＣＵ量補正係数Ｋｅｇｒ、回転数補正係数Ｋｎｅ、点火プラグ位置の補正係数を読み出す。そして、上記のように算出した劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２に、これら補正係数を順に掛けることによって適正要求放電電圧ｆＶｒを求めることができる。

以上のように求められる要求放電電圧Ｖｒ（適正要求放電電圧ｆＶｒだけでなく、基本要求放電電圧Ｖｒ １や劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２も含めて）は、エンジン１Ａの状態だけでなく、点火プラグ１０の状態も反映したものとなる。よって、要求放電電圧Ｖｒを参照して制御することで、エンジン１Ａの安定駆動を図ることができる。

そして、上記のようにして算出した要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓ（例えば、点火プラグの耐電圧値）を超えたときに警告を発するにすれば、点火プラグの異常を運転者に速やかに知らせて迅速な対処を行える制御装置とすることができる。

図８は、ＥＣＵ２０が算出する上記要求放電電圧に基づいて、点火プラグの異常警告を行うルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ２０は要求放電電圧の算出（Ｓ１２１）を前述した様に実行する。上記説明から明らかなように、算出する要求放電電圧Ｖｒは適正要求放電電圧ｆＶｒが好ましいが、劣化考慮の要求放電電圧Ｖｒ ２或いは基本要求放電電圧Ｖｒ １を用いてもよい。

ＥＣＵ２０は、算出した要求放電電圧Ｖｒ（ｋＶ）が規定値Ｖｓ（ｋＶ）（例えば、３６ｋＶ）を超えているか否かを確認する（Ｓ１２２）。要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えていない場合には、ＥＣＵ２０は点火プラグ１０が正常に作動をしていると判断して（Ｓ１２３）、要求放電電圧を算出する処理を継続する。

上記に対して、ステップＳ１２３で要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えていると判断した場合、ＥＣＵ２０は点火プラグに何らかの異常があると判断する（Ｓ１２４）。そして、運転者に点火プラグ交換を警告して（Ｓ１２５）、このルーチンによる処理を終了する。よって、点火プラグ１０に異常の可能性がある場合には、運転者へ速やかに通知することができる。

以上のように本実施例の制御装置によると、ＥＣＵ２０が点火時筒内圧力Ｐｓａを算出し、これに基づいて点火プラグ１０の要求放電電圧Ｖｒを算出する。よって、この要求放電電圧を参照してエンジン１Ａの円滑な制御に役立てることができる。そして、ＥＣＵ２０は要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えた場合には点火プラグの異常を検出し、運転者に通知して点火プラグの点検、交換などの対処を促すことできる。よって、点火プラグの異常時には速やかな対応を行える。

（変形例１）
上記実施例１では吸気管圧力センサ２１の吸気管圧力（Ｐｉｎ）から点火時筒内圧力Ｐｓａを求める場合について説明した。しかし、点火時筒内圧力Ｐｓａを求めるのは、吸気管圧力に基づくものに限る必要はない。エンジンに流入する空気流量及び空気温度に基づいて筒内圧力Ｐｓａ求めることができる。以下、変形例１として説明する。

図９及び図１０は変形例１について示した図である。図９は、変形例１に係る制御装置が適用されているエンジン１Ｂの吸気系及び気筒周辺を示した図である。この図９は、図１と同様に示しており、実施例１と同じ部位に同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。

この変形例１では、クランクシャフト５５の回転をエンジン回転数Ｎｅとして検出するクランク角センサ２５、吸気通路２を流れる吸入空気の流量（吸気流量Ｇａと称する）を検出する吸気量センサ２３、及び吸入空気の温度（吸気温度Ｔａと称する）を検出する吸気温センサ２４を備えている。吸気量センサ２３の出力Ｇａ、吸気温センサ２４の出力Ｔａ、及びクランク角センサ２５の出力Ｎｅは、上記実施例１の場合と同様にＥＣＵ２０へ供給されている。

変形例１のＥＣＵ２０は、上記吸気流量Ｇａ、吸気温度Ｔａ及びエンジン回転数Ｎｅを用いて点火時筒内圧力Ｐｓａ（kPa.abs）を求める。なお、閉じタイミングのときの燃焼室容積Ｖｉｖｃ及び点火タイミングの燃焼室容積Ｖｓａを用いるのは、実施例１の場合と同様である。
点火時筒内圧力Ｐｓａは、次式（５）により求めることができる。
点火時筒内圧力Ｐｓａ＝
20.3×10^５×Ga・R・Ta・（Vivc／Vsa）^Ｘ×（Vivc・Mair・Ne）^−１・・・（５）
ただし、
Ｇａ ：吸気流量（ｇ/ｓ）
Ｔａ ：吸気温度（Ｋ）
Ｖｉｖｃ：吸気弁の閉じ時期の燃焼室容積（ｃｃ）
Ｖｓａ ：点火時期の燃焼室容積（ｃｃ）
Ｎｅ ：エンジン回転数（ｒｐｍ）
χ ：比熱比（＝1.32）
Ｒ ：気体定数（atm・L/mol/K）（＝0.082）
Ｍａｉｒ：大気の平均分子量（ｇ/mol）（＝28.996）

図１０は、ＥＣＵ２０が点火時筒内圧力Ｐｓａを求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ２０は吸気量センサ２３の出力から吸気流量Ｇａを確認し（Ｓ１３１）、続けて吸気温センサ２４の出力から吸気温度Ｔａを確認する（Ｓ１３２）。続いて、ＥＣＵ２０はカム角センサ２２の出力からカムシャフト８のカム角を確認することで吸気弁７の位置を知る。これにより、ＥＣＵ２０は、吸気弁の閉じのタイミングを検出して、吸気弁７の閉時の燃焼室容積Ｖｉｖｃを確認する（Ｓ１３３）。また、クランク角センサ２５が検出するクランク角からエンジン回転数Ｎｅを確認する（Ｓ１３４）。

更に、ＥＣＵ２０は、点火プラグ１０の点火タイミングで、吸気弁７の点火時の燃焼室容積Ｖｓａを確認する（Ｓ１３５）。最後に、ＥＣＵ２０は確認して各数値を用いて点火時筒内圧力Ｐｓａを算出する（Ｓ１３６）。以上のように、吸気流量Ｇａ及び吸気温度Ｔａに基づいても、点火時筒内圧力Ｐｓａを求めることができる。よって、この点火時筒内圧力Ｐｓａを用いて、要求放電電圧Ｖｒを算出できる（図５参照）。

（変形例２）
上記ではエンジンの周辺に配置した種々のセンサ出力から点火時筒内圧力Ｐｓａを求めて、要求放電電圧Ｖｒを算出する場合を説明したが、燃焼室５３内の圧力（筒内圧）を直接的に検出する構造を採用してもよい。図１１は変形例２に係る制御装置が適用されているエンジン１Ｃの吸気系及び気筒周辺を示した図である。図１１で示す実施例装置は、筒内圧センサ２６が気筒５の上部に配置され、燃焼室５３内の圧力を直接に検出する。筒内圧センサ２６の出力はＥＣＵ２０へ供給されている。図１１で示す装置を採用した場合、圧縮行程のある特定タイミングで筒内圧力を検出し、その値から点火タイミングでの筒内圧を推定して点火時筒内圧力Ｐｓａを求めるようにする。よって、この変形例２の場合も、前述したのと同様にして求めた点火時筒内圧力Ｐｓａから要求放電電圧Ｖｒを算出できる。

図面を参照して、更に他の実施例を説明する。以下で説明する実施例は前述した実施例１の改善に係るものである。ＥＣＵがエンジンの駆動状態を調整することより要求放電電圧を低減して、点火プラグの破損を予防する制御を実行する。この実施例２及びこれ以後の実施例でも、エンジン１Ａに適用されている実施例１の制御装置について示している図１を流用して説明する。

実施例１の制御装置は、ＥＣＵ２０が算出した要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えているときには、点火プラグの異常警告を発することとしている（図８参照）。上記規定値Ｖｓは、例えば点火プラグ１０の碍子の耐電圧限界値であり、要求放電電圧Ｖｒがこの規定値Ｖｓを超えたときには破損する可能性がある。そこで、実施例１では要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えたことを確認したときに、運転者へ所定の警告が発令するようにしてある。すなわち、実施例１におけるＥＣＵ２０は、点火プラグ１０の破損発生を想定し、破損警告手段として機能している。

しかしながら、ＥＣＵ２０が算出する要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超える可能性がある場合に、予め可能な範囲で要求放電電圧を低減することで点火プラグの破損を予防したり、破損の発生を遅らせることができる。この実施例２及び以後の実施例はこのような観点に基づくものである。よって、実施例２に係るＥＣＵ２０は、ます点火プラグの破損を予防する破損予防手段として機能し、破損の発生を防止できないと判断したときに警告を行う。

図１２は、実施例２の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグの破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートを示している。このフローチャートでは、ＥＣＵ２０が算出した要求放電電圧に基づいて点火プラグの異常警告を行う単純なものでなく、その前において点火プラグが破損するのを回避する処理を実行する。なお、この図１２による処理の場合、規定値Ｖｓは点火プラグの耐電圧値（例えば３６ｋＶ）より厳しく（少し低圧側に）設定する。すなわち、規定値Ｖｓを３６ｋＶよりも低い、例えば３５ｋＶとする。このように設定しておくと算出した要求放電電圧Ｖｒが点火プラグの実際の耐電圧値を超える前に低減させる対処ができる。よって、点火プラグ１０が破損するのを予防できる。図１２を参照して説明する。

ＥＣＵ２０は要求放電電圧Ｖｒを算出して（Ｓ１４１）、この要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えているか否かを確認し（Ｓ１４２）、要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えていない場合には点火プラグ１０が正常に作動をしていると判断して（Ｓ１４３）、要求放電電圧を算出する処理を繰り返す。ステップＳ１４３までの処理は、前記図８によるものと同様である。

しかし、本実施例２のＥＣＵ２０は上記ステップＳ１４２で算出した要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えると判断した以降の処理が異なる。すなわち、ＥＣＵ２０は、要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えると判断したときに、ノッキングセンサの出力を確認してノッキング発生（ノック発生）の可能性があるか否かについて判断をする（Ｓ１４４）。このステップＳ１４４でノッキング発生の可能性が少ないとの判断をした場合、ＥＣＵ２０はノッキングが発生しない範囲で、エンジン１Ａの点火時期を進角させる（Ｓ１４５）。このように点火時期を進角側へシフトすると要求放電電圧Ｖｒを低減できるので、規定値Ｖｓを下回るように調整できる。よって、点火プラグ１０が破損するのを防止できる。

上記ステップＳ１４４でノッキングの可能性ありとの判断を行った場合、ＥＣＵ２０はスロットルバルブを絞り吸気量を制限する（Ｓ１４６）。このように吸気量を抑制すると、点火時筒内圧力Ｐｓａが低下することになる。よって、これに応じて算出される要求放電電圧Ｖｒを低下させることができる（Ｓ１４７）。ただし、このような処理ではエンジンへ吸気量が減り、負荷が制限された状態であり、点火プラグ１０の破損を予防するための応急的な対処である。よって、この後に、ＥＣＵ２０は点火プラグに何らかの異常があると判断する（Ｓ１４８）。そして、運転者に点火プラグ交換を警告して（Ｓ１４９）、このルーチンによる処理を終了する。上記警告は、通常、点火プラグ１０が実際に破損する前となるので、運転者に時間的な余裕をもって点火プラグの点検、交換を促すことができる。

以上で説明した実施例２の制御装置によると、要求放電電圧を可能な範囲で低減することで点火プラグの破損を回避し、回避できない場合にだけ異常警告が出される。この警告も破損発生前の注意喚起を促すものとなる。よって、実施例２の制御装置は、エンジンの安定駆動を図りつつ点火プラグの破損を予防する優れた制御装置として提供できる。

更に、実施例３について説明する。上記実施例２はノッキングの可能性が低いときに、エンジンの点火時期を進角させることで要求放電電圧Ｖｒを低減させて点火プラグの破損を予防していた。この実施例３は、吸気制御弁の開度を調整することにより、点火時期を進角させることで要求放電電圧Ｖｒを低減させる。図１を再度、参照するとインテークマニホールド４内には、吸気制御弁としてタンブル制御弁（ＴＣＶ）１２が配備されている。タンブル制御弁１２の閉状態を形成して吸気流を絞ると筒内の気流が速くなり点火時期が遅角側となる。これとは逆に、タンブル制御弁１２をある位置から開けば、点火時期を進角させることができる。このようにタンブル制御弁１２の開度を調整することによっても、上記実施例２の制御装置と同様に、要求放電電圧を低減させて点火プラグの破損を回避できる。なお、タンブル制御弁１２の開閉制御は、ＥＣＵにより合わせて実行するようにすればよい。

図１３は、実施例３の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグの破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートを示している。図１３で示すフローチャートは、ステップＳ１５４、Ｓ１５５の処理が、実施例２について示している図１２のフローチャートとは異なっている。

ＥＣＵ２０は、要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えると判断したときに（Ｓ１５２）、タンブル制御弁（ＴＣＶ）１２が既に開状態となっているか否かを確認する（Ｓ１５４）。ＥＣＵはタンブル制御弁１２を開くことができると判断したときには、これを開いてエンジン１Ａの点火時期を進角させる（Ｓ１５５）。このように点火時期を進角側へシフトすると要求放電電圧Ｖｒを低減できるので、規定値Ｖｓを下回るように調整して点火プラグ１０の破損を防止できる。ここでは、縦渦流を形成するタンブル制御弁が配備してある場合を説明したが、横渦流を形成するスワール制御弁を配備した場合でも同様の効果を期待できる。

実施例４は、１つの気筒に複数の点火プラグを挿し込んである多点型のエンジンに係るものである。図１４は、実施例４に係る制御装置が適用されているエンジンの気筒５を拡大した上面視図である。図１４の燃焼室５３の上部には吸気弁７及び排気弁９が配置されていると共に、複数の点火プラグ１０が所定位置に挿し込まれている。燃焼室５３の中央位置に挿し込んだ中央点火プラグ１０ＣＥと、外側（周部）に挿し込んだサイド点火プラグ１０ＳＤの２本を配置した場合を例示している。このように気筒５に複数の点火プラグを配備する場合、点火本数を減らすことにより、また点火位置を中心から外側（周部側）へ変更することにより燃焼室５３内での燃焼速度を制御して点火時期を進角させることができる。すなわち、上記実施例２、３の場合と同様に、エンジンの点火時期を進角させて点火プラグの破損発生を予防できる。

図１５は、実施例４の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグを２つ備える多点点火エンジンで破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートを示している。図１５で示すフローチャートは、ステップＳ１６４〜Ｓ１６７の処理が、前述した実施例２、３のフローチャートとは異なっている。

ＥＣＵ２０は、要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを超えると判断したときに（Ｓ１６２）、まず１点点火の状態か否かを確認する（Ｓ１６４）。このステップＳ１６４で１点点火でない、すなわち２点点火であると判断した場合には、ＥＣＵは中央点火プラグ１０ＣＥだけを１点点火して点火時期を進角させる。

また、ステップＳ１６４で１点点火であると判断した場合には、ＥＣＵは点火している点火プラグがサイド点火プラグ１０ＳＤであるか否かを確認する。このステップＳ１６６でサイド点火プラグ１０ＳＤでない、すなわち中央点火プラグ１０ＣＥが１点点火していると判断した場合には、ＥＣＵは１点点火をサイド点火プラグ１０ＳＤに変更して点火時期を進角させる。

以上のように、エンジン１Ａが多点点火である場合には、点火させる点火プラグを調整することで点火時期を進角させて要求放電電圧Ｖｒを低減できる。よって、前述した実施例の場合と同様に、要求放電電圧Ｖｒが規定値Ｖｓを下回るように調整して点火プラグ１０の破損を防止できる。

図１６及び図１７を参照して、更に本発明に係る実施例５を説明する。この実施例５は前述した実施例２〜４とは異なり、点火プラグの暖機を促進するための加熱手段を備えている。一般に、エンジンが冷間始動されたときや、エンジン温度が十分に低い場合には点火プラグの温度も低くなる。そして、点火プラグの温度が低く場合には、前述した要求放電電圧Ｖｒが相対的に高くなる。そして、エンジンの暖機が十分に行われない状態（すなわち、点火プラグの温度が低い状態）で、高負荷運転に入ると要求放電電圧が更に高くなる傾向がある。また、近年において広く普及しているターボチャージャを備えた過給型エンジンでは、燃焼室内の空気密度が高いので要求放電電圧が特に高くなる。その結果、点火プラグの要求放電電圧が耐電圧を超えて破損が発生して、エンジンの安定駆動の障害となる場合がある。このような問題の解決を図るという観点から、点火プラグを加熱できるように加熱手段を配備したのが実施例５に係る制御装置である。

図１６は、実施例５に係る２つの形態の制御装置例を示しており、（Ａ）はエンジンの冷却水通路に流す水量を制限することにより暖機を促進する場合の構造例、（Ｂ）は蓄熱容器を新たに配備して冷却水路に温水を流して暖機を促進する場合の構造例である。

図１６（Ａ）は、エンジン１Ｄ−Ａのヘッド部の上面視図であり、３個の気筒５Ａ〜５Ｃが配設されている。各気筒には点火プラグが２個ずつ配設されている。なお、気筒５Ａには、点火プラグ１０Ａ−１、１０Ａ−２が配置されている。以下、同様に気筒５Ｂには点火プラグ１０Ｂ−１、１０Ｂ−２、気筒５Ｃには点火プラグ１０Ｃ−１、１０Ｃ−２が配置してある。そして、上記点火プラグを冷却できるようにプラグ周りに冷却水を流す冷却水通路１５が配備してある。この冷却水通路１５を開閉する電磁弁１６が更に配備してある。よって、エンジン１Ｄ−Ａの温度が低く、点火プラグ１０Ａ〜１０Ｃの要求放電電圧が過度に高くなるような場合に、この電磁弁１６を閉じることで暖機を促進させることができる。

図１６（Ｂ）は、他のエンジン１Ｄ−Ｂのヘッド部の上面視図である。この装置には蓄熱容器１７に溜めた温水を冷却水通路１５に流すことができるように形成してある。よって、エンジン１Ｄ−Ｂの温度が低く、点火プラグ１０Ａ〜１０Ｃの要求放電電圧が過度に高くなる場合には、この蓄熱容器１７から温水を流すことにより暖機を促進させることができる。以上の説明から明らかなように、図１６（Ａ）で示す装置では電磁弁１６が点火プラグを昇温させる加熱手段となり、図１６（Ｂ）で示す装置では蓄熱容器１７が点火プラグを昇温させる加熱手段となる。なお、図１６では図示を省略しているが、前述した実施例装置の場合と同様に、ＥＣＵにより電磁弁１６の駆動や蓄熱容器１７から流す温水量が制御されている。

図１７（Ａ）は、図１６（Ａ）に示した装置のＥＣＵによって実行されるフローチャートを示している。まず、検出されたエンジン冷却水温Ｗｔが暖機判定水温Ｗｓよりも低いか否かが判断される（Ｓ１８１）。冷却水温Ｗｔが暖機判定水温Ｗｓより高い場合には十分に暖機されており、点火プラグの温度も十分であると判断されて電磁弁１６が開弁側に調整される（Ｓ１８２）。上記ステップＳ１８１で冷却水温Ｗｔが暖機判定水温Ｗｓより低い場合には、ノッキング発生の可能性が無いことを前提に電磁弁１６が閉弁される（Ｓ１８５）。

図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）に示した装置のＥＣＵによって実行されるフローチャートを示している。検出されたエンジン冷却水温Ｗｔが暖機判定水温Ｗｓよりも低いか否かが判断され（Ｓ１９１）、冷却水温Ｗｔが暖機判定水温Ｗｓより低い場合には蓄熱容器１７から温水が冷却水通路へ供給される（Ｓ１９２）。

以上で説明したように実施例５の制御装置は、点火プラグ１０（１０Ａ〜１０Ｃ）の周辺温度が低いときには必要に応じて暖機を図ることができる。よって、要求放電電圧が点火プラグの耐電圧よりも高くなることを回避して破損の発生を防止できる。よって、このような制御装置を適用したエンジンも安定駆動を図ることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に係る制御装置が適用されているエンジンの吸気系及び気筒周辺を示した図である。 ＥＣＵが点火時筒内圧力を求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。 点火時筒内圧力と基本要求放電電圧との関係について示している図である。 点火プラグの劣化に伴って増加する放電電圧値の様子について示した図である。 ＥＣＵが基本要求放電電圧、劣化考慮の要求放電電圧を求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。 要求放電電圧に加えるのが好ましい補正項目例をまとめて示した図である。 補正係数の一例をまとめて示した図である。 ＥＣＵが算出した要求放電電圧に基づいて、点火プラグの異常警告を行うルーチンの一例を示したフローチャートである。 変形例１の制御装置が適用されているエンジンの吸気系及び気筒周辺を示した図である。 図９のＥＣＵが点火時筒内圧力を求めるときに実行するルーチンの一例を示したフローチャートである。 変形例２の制御装置が適用されているエンジンの吸気系及び気筒周辺を示した図である。 実施例２の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグの破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートである。 実施例３の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグの破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートである。 実施例４に係る制御装置が適用されているエンジンの気筒を拡大した上面視図である。 実施例４の制御装置に係るＥＣＵが点火プラグを２つ備える多点点火エンジンで破損予防及び異常警告を行う場合のフローチャートである。 実施例５に係る２つの形態の制御装置例について示している図である。 図１６に示した制御装置のＥＣＵにより実行されるフローチャートである。

符号の説明

１（１Ａ〜１Ｄ） エンジン
２ 吸気通路
３ サージタンク
４ インテークマニホールド
５ 気筒
５３ 燃焼室
７ 吸気弁
８ カムシャフト
１０ 点火プラグ
１２ タンブル制御弁
２０ ＥＣＵ
Ｐｉｎ 吸気管圧力
Ｖｉｖｃ 吸気弁閉時での燃焼室容積
Ｖｓａ 点火時での燃焼室容積
Ｐｓａ 点火時筒内圧力
Ｖｒ 要求放電電圧

Claims (9)

1. 点火プラグを備えている火花点火型内燃機関の制御装置であって、
   前記点火プラグの要求放電電圧を、点火時の燃焼室内の圧力に基づいて算出する放電電圧算出手段を備えている、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記放電電圧算出手段は、前記燃焼室へ吸入空気を供給する吸気通路の管内圧力、吸気弁閉時での燃焼室容積及び点火時での燃焼室容積に基づいて、前記点火時の燃焼室内の圧力を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記放電電圧算出手段は、前記点火プラグを点火させた放電エネルギを積算した総放電エネルギから劣化を考慮した第２の要求放電電圧を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記放電電圧算出手段は、内燃機関回転数、機関温度、空燃比、ＥＧＲ量及び点火プラグ位置の少なくともいずれかに１つを用いて補正した第３の要求放電電圧を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、ノッキングが起こらない範囲で前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の吸気通路内に吸気流を制御する吸気制御弁が配置されており、
   前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、前記吸気制御弁を開くことにより前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関の燃焼室に複数の点火プラグが配備されており、
   前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、点火させる点火プラグの数を減少させること、及び／又は点火させる点火プラグを外側に変更することにより、前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記点火プラグを加熱する加熱手段が配置されており、
   前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超える可能性があるときに、前記加熱手段を制御して前記点火プラグを加熱して、前記点火プラグの破損を予防する破損予防手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記要求放電電圧が予め定めた規定値を超えたときに、前記点火プラグに破損の可能性があると判断して警告を発する警告手段を更に備えている、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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