JP2010116880A - 内燃機関の点火制御装置または点火制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関の運転状況に応じ、最適な放電エネルギを供給することを特徴とした点火制御装置または点火制御方法に関する。
【解決手段】
１気筒毎に混合気に点火を行う点火プラグ１つと、点火プラグへ電気エネルギを供給することを目的とする点火コイルが、少なくとも２つ以上の一次コイルと１つ以上の二次コイルを備えるかまたは点火コイルを２つ以上並列に備え、内燃機関からの要求二次電圧を予測する手段を備え、要求二次電圧に基づき、点火信号を同時または個別に制御することで点火プラグへ供給される放電エネルギを増減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置または点火制御方法に関する。詳しくは、内燃機関の運転状況に応じ、最適な放電エネルギを供給することを特徴とした点火制御装置または点火制御方法に関する。

火花点火式の内燃機関では、着火性や燃焼安定性の向上を目的として、１気筒毎に複数の点火コイルを備えた内燃機関が公知である。例えば、特許第３７６７３８３号公報では、１気筒に対して、１本の点火プラグと２本の点火コイルを備え、成層燃焼において、燃焼室内の混合気が丸まった形状である場合は、１回目の点火と２回目の点火の間隔を狭くし、混合気の形状が長くなっている場合には、１回目と２回目の点火間隔を広げる技術などが挙げられる。

特許第３７６７３８３号公報

しかしながら、燃焼室内において、燃料と空気を均質に混ぜた混合気を燃焼（以下、均質燃焼）させる場合においても、点火プラグ周辺の空燃比がばらつくことにより、燃焼安定性が損なわれることがある。この場合、点火コイルの前記放電エネルギを大きくすることで、燃焼安定性を改善することができるが、逆に空燃比がストイキとなる領域では、消費電流の無駄が発生する問題が残る。他にも内燃機関の運転条件により、前記放電エネルギに対する要求は異なり、それぞれの燃焼方式や運転条件などにより、最適化する必要がある。

上記問題を鑑み、本発明では、１気筒に１本の点火プラグと、点火コイル内に備わる一次コイルが少なくとも２つ以上と二次コイルが１つ以上の構成とし、内燃機関が要求する二次電圧または、内燃機関の制御内容により、放電エネルギの増減を行う。

内燃機関の燃焼方式や運転条件に最適な点火制御を行うことで燃焼改善を行うことができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

図１に、本発明の実施例１に関する構成図を示す。なお、本実施例では主として多気筒エンジンを想定しているが、以降の図では簡素化のため１つの気筒について説明する。

まず、大気中の空気が吸気経路（１０３）内を通過し、燃焼室（１０６）へ吸入される。この際、エアフローセンサ（図示せず）によって、吸入される空気量を検出し、コントロールユニット（１０２）は、この吸入空気量を基に、所定の演算を経て、燃料噴射弁（１０４ａ，１０４ｂ）を開弁し、燃料を噴射する時間（以下、パルス幅（１１８ａ，１１８ｂ））を決定する。コントロールユニット（１０２）は、前記パルス幅（１１８ａ，１１８ｂ）を燃料噴射弁（１０４ａ，１０４ｂ）へ出力し、燃料噴射弁（１０４ａ，１０４ｂ）は前記パルス幅（１１８ａ，１１８ｂ）に基づき、所定のタイミングで所定量の燃料を噴射する。尚、本図では、吸気経路（１０３）上に燃料を噴射できる燃料噴射弁（１０４ａ）を１本と燃焼室（１０６）内に直接燃料を噴射できる燃料噴射弁（１０４ｂ）１本の計２本を気筒毎に備えた内燃機関（１０１）の図であるが、本発明の効果は燃料噴射弁（１０４ａ，１０４ｂ）の使用数や取り付け位置に関わらず、効果を得ることができる。燃料噴射弁（１０４ａ，１０４ｂ）から噴射された燃料は、吸気経路（１０３）または燃焼室（１０６）内で、燃焼可能な混合気となり、コントロールユニット（１０２）は適正な点火タイミングを算出し、前記点火信号（１１９ａ，１１９ｂ）を点火コイル（１０９）へ出力する。点火コイル（１０９）は、前記点火信号（１１９ａ，１１９ｂ）に基づき、電気エネルギの充電及び遮断を行い、最終的に点火プラグ（１０８）で火花を飛ばすことで、混合気は燃焼室（１０６）内で燃焼する。燃焼によって混合気は排気ガスとなり、燃焼によって得た圧力によって、ピストン（１１２）を押し下げるが、その際、排気弁（１０７）が徐々に開き始め、排気経路（１１４）内に排気ガスが排出される。更に排気経路（１１４）には触媒（１１６）が備わっており、触媒（１１６）によって浄化された排気ガスは再び大気に開放される。触媒（１１６）には、浄化能力を最大源に引き出せる空気と燃料の割合（以下、空燃比）が存在するため、コントロールユニット（１０２）は、空燃比センサ（１１５）からの空燃比情報（１１７）に基づき、前記空燃比の目標値の間で所謂フィードバックに制御を行っている。

実施例１の点火制御装置について、更に詳しく述べると、コントロールユニット（１０２）は、クランクシャフト（１１１）の回転角を基準とした所定のタイミングで点火プラグ（１０８）が火花を飛ばせるように制御を行っている。コントロールユニット（１０２）から前記点火信号（１１９ａ，１１９ｂ）を点火コイル（１０９）へ出力するが、点火信号１（１１９ａ）と点火信号２（１１９ｂ）は独立した制御装置となっているため、同時点火を行う場合以外にも、位相を持たせた個別の点火を行うことができる。点火コイル（１０９）は、それぞれの前記点火信号（１１９ａ，１１９ｂ）に基づき、点火コイル（１０９）内の複数備わる一次コイルで電気エネルギの充電または遮断を行う。前記点火信号（１１９ａ，１１９ｂ）により電気エネルギが遮断されたタイミングで、電磁誘導の作用により、点火コイル（１０９）内の二次コイル側へ高電圧となった電気エネルギが発生する。この二次コイルから出力された高電圧の電気エネルギが点火プラグ（１０８）へ送られ、火花となるが、この際、点火プラグ（１０８）の中心電極と外側電極間の隙間（以下、火花ギャップ）の周辺状態によって、火花が飛び始める前記要求二次電圧が決まり、前記要求二次電圧を点火コイル（１０９）が供給する二次電圧が超えた場合、火花が放たれ、この火花が飛んだ瞬間が実際の点火時期となる。前記要求二次電圧は言い換えると、内燃機関側から要求されると言え、更に詳しく述べると点火プラグ（１０８）周辺の状態（圧力，温度，湿度，空燃比など）と点火プラグ（１０８）の形状や材質などの要因によって決定される。点火コイル（１０９）の要求としては、前記要求二次電圧を超える二次電圧を供給することが挙げられる。尚、本図では、１本の点火コイル（１０９）内に１次コイルを２経路と２次コイルを１経路備えた点火コイルを想定し説明を行っているが、従来の（一次コイルを１つと二次コイル１つを備えた）点火コイルを並列に２本以上備え、１本の点火プラグ（１０８）へ放電を行う場合においても同様の意味を持つ。

次に前記点火信号と点火コイルに関する説明を、図２を用いて説明する。図２は、従来（点火コイル１本と点火プラグ１本を備えた内燃機関）の点火制御装置に関する信号を計測した結果である。図内一番上は、コントロールユニット（図１内１０２）から出力された前記点火信号（２０１）である。前記点火信号（２０１）は、通常、Ｌｏｗレベルとなっており、点火を行う場合、前記点火信号（２０１）はＨｉｇｈレベルとなるが、前記点火信号（２０１）がＨｉｇｈレベルとなる間、点火コイル内の一次コイルへ電気エネルギが充電（充填）される期間となる。これを通電時間（２０６）と呼ぶ。前記点火信号（２０１）が再び、Ｌｏｗレベルとなった際、点火コイルは一次コイルへの充電を遮断するが、このタイミングのことを一般的に点火時期と呼ぶ（２０７）。次に一次電流について説明する。図内上から２番目の一次電流（２０２）は、図の上方向になるほど、電流値が高くなることを指し、電流値が高くなるほど、一次コイル内に電気エネルギが充電されていることを指す。この充電に伴う一次電流の上昇曲線は、一次コイルの内部インダクタンスに依存しており、インダクタンスが大きいと充電に伴う電流値の上昇が遅れる（同電流値を得るまでに要する時間が掛かる）が、大きな電流を溜めることができる。また、通常、点火コイルには電流制限の回路が備わっており、例えば、通電時間（２０６）を図内の時間より更に長くし、充電される一次電流（２０２）を大きくしようとしても、ある一定量の電流値に到達した時点で、これ以上一次コイルへ電流を充電することができない仕組みとなっている。前記点火信号（２０１）がＬｏｗレベルになった瞬間に、一次電流（２０２）は急激に降下するが、これは、一次コイル内の電気エネルギが二次コイルへ移動したことを指す。また、一次電流（２０２）が遮断される直前に最大値となる値を一次遮断電流（２０８）と言う。一次コイルから二次コイルへ移動した電気エネルギは、図２の上から３番目が二次電圧（２０３）と図２の上から４番目の二次電流（２０４）となる。二次電圧（２０３）と二次電流（２０４）は、図の下方向になるほど、値が大きくなることを示す。点火コイルが供給できる二次電圧は、一次コイルに印加された電圧と一次コイルの巻き数と二次コイルの巻き数の比など（巻数比）から決まるが、前記要求二次電圧を点火コイルが供給できる二次電圧が高くなければならない。この前記要求二次電圧と点火コイルが供給できる二次電圧が逆転した場合、点火プラグから火花が放たれず、結果的に失火を招くことになる。具体的には、前記要求二次電圧がなんらかの理由により上昇し、点火コイルの供給する二次電圧がこれを満たすことができない場合が挙げられる。これに対し、二次電流（２０４）については、点火コイル内部の抵抗値や二次コイルのインダクタンスなどから決定され、放電直後に最大（二次電流ピーク値・図２内２１０）となり、時間の経過とともに低くなる傾向がある。また、二次電流（２０４）は火花の放電が継続する時間＝放電時間（２０９）と密接な関係性があり、一般的に放電時間（２０９）が長くなる性質の点火コイルほど、二次電流（２０４）は低くなり、逆に放電時間（２０９）が短くなる性質の点火コイルほど、二次電流（２０４）は高くなる。前記放電パターン（２０５）は、点火プラグが放電したエネルギの形態を示したものであり、前記放電エネルギの変化を確認することができる。前記放電エネルギは、二次電圧×二次電流×時間の式で求めることができるため、図内では、斜線（２１１）の面積がこれに当たる。この前記放電エネルギ（２１１）の面積が大きいほど、内燃機関の燃焼状態が悪い場合に燃焼安定性の向上などに効果が期待できる。

次に前記要求二次電圧について図３と図４を用いて説明を行う。図３は、横軸に空燃比、縦軸に前記要求二次電圧を記し、それぞれ矢印の示す方向になるほど、数値が高くなることを示す。図内の曲線は、空燃比に対する前記要求二次電圧を記したものであり（３０１）、理論空燃比である１４.７の破線（３０３）より若干、リッチ側を起点（４０２）として両端に向うほど、前記要求二次電圧は高くなる。これは、４０２の空燃比が最も着火し易く、４０２の空燃比よりリッチの状態（４０４）においては、点火プラグの表面に燃料が付着し易しく、点火プラグが放電し難い状態に陥るため前記要求二次電圧が上昇すること指す。また、４０２の空燃比よりリーンの状態（４０５）においては、点火プラグの電極間における混合気密度が低くなることから、混合気が活性化し難い状態となり、前記要求二次電圧が高くなるを指す。図４は、横軸にＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を記し、右側へ向うほどＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が増加することを指す。また縦軸に前記要求二次電圧を記し、これも上方向になる程、高いことを指す。図内４０１内の曲線から、ＥＧＲ量が増えると前記要求二次電圧が上昇することが分かる。これは、ＥＧＲ量が増えることにより、混合気の均質性が低下することで、点火プラグの電極間における混合気密度が低くなることや、ＥＧＲガスが燃焼室へ入るため、点火プラグ周りの空燃比がリーンになることなどから、混合気が活性化し難い状態となる。空燃比がリッチである場合、概述の通り、点火プラグが燃料付着により燻った状態であるため、前記放電エネルギを大きくすることで、この付着燃料を焼き切る効果が望めるが、これは特に二次電流を高くすることで効果が期待できる。同様に空燃比がリーンまたはＥＧＲ量が増加した領域においても、二次電流を強くすることにより、混合気を活性化させる効果があるため、燃焼安定性を保つためには、前記放電エネルギを増加させる必要がある。

つまり、前記要求二次電圧が上昇した場合は、二次電流を増加させることで燃焼改善を行うことができる。

そこで本発明における前記請求項１の基本的な考え方について図５を使い説明する。図５は従来の前記放電エネルギを持つ点火コイル１が放つ火花の消費形態（以下、放電パターン・５０１）と従来の点火コイルより放電開始時の二次電流ピーク値が高い特性を持つ点火コイル２の前記放電パターン（５０２）と、点火コイル１と点火コイル２を同時に点火した際の前記放電パターン（５０３）を示した図である。点火コイル１の前記放電エネルギ（５０９）より点火コイル２の前記放電エネルギ（５１０）の方が大きいが、更に点火コイル２における前記放電エネルギのピーク（５０８）が高いことも特徴でもあり、これは言い換えると二次電流が高いと言える。何故なら、前記要求二次電圧は、内燃機関の運転状態などよって決定されるため、内燃機関の運転状態が同じであれば、前記放電エネルギのピークは二次電流が支配するからである。よって、前記要求二次電圧が比較的低い場合、使用する点火コイルを点火コイル１または点火コイル２のいずれか一方を使い、前記要求二次電圧が高いと判断した場合は、双方の点火コイルを同時に点火させることで、燃焼安定性を向上させることができる。当然のことであるが、前記放電パターンの組み合わせについては、図３に記載した以外にも数多く存在し、例えば、放電時間の異なる特性のものを複数用いる方法や、同じ前記放電エネルギまたは前記放電パターンの特性のものを複数用いる方法等がある。

本発明における請求項１の具体的な制御の流れは、図６に示す通りとなり、まず、Ｓ６０１により、前記要求二次電圧を予測するが、これは、前記請求項２から前記請求項８に概述の手段から（詳しくは後述）、前記要求二次電圧を予測する。Ｓ６０２では、Ｓ６０１で予測（算出）した前記要求二次電圧に基づき、点火コイルの使用判断を行うが、前記要求二次電圧が所定値より低い場合、点火コイル内のどちらか一方の一次コイルを使う判断となり、Ｓ６０４へ進む。Ｓ６０４は、一次コイルを１つと二次コイル１つを用いた従来通りの点火制御を想定しており、コントロールユニットはどちらか一方の一次コイルに対し、前記点火信号を出力すれば良いが、点火コイルの特性により、それぞれの一次コイルに対して、コントロールユニットは個別の前記点火信号を出力しても良い。逆に前記要求二次電圧が高いと判断した場合、Ｓ６０３によって、独立した前記点火信号を点火コイル内の一次コイルへ出力し、それぞれのタイミングで点火を実施する。尚、図５の場合は、それぞれの一次コイルが同時に点火した場合を想定し記載しているが、必ずしも同時に点火する必要はなく、それぞれの一次コイルに対して位相を設ける点火を行うことも可能である。

請求項７及び請求項８に記載している可変弁制御装置または片閉じ弁制御装置について、図７を用い説明を行う。一般的な内燃機関では、吸気弁（２０３）のリフト特性は、吸気弁（７０３）上部に備わるカムシャフト（図示せず）上のカム形状によって決定されるため、運転領域が異なる場合でもリフト特性は同じとなるが、一般的に内燃機関の運転領域（低回転領域と高回転領域）により最適なカム形状は異なる。可変動弁を備えた内燃機関の場合、カムシャフト部にアクチュエータを含めた可変動弁制御装置（７１１）を備え、吸気弁（７０３）のリフト特性を任意に制御することができるため、例えば、図８に記載した通り、運転領域毎に吸気弁（７０３）のリフト特性を換えることにより（図７内では、リフト特性が低い順に７０１，７０２，７０３，７０４となる）、運転領域毎に最適なリフト特性を選択することができる。可変動弁制御装置（７１１）を備えない内燃機関の場合、内燃機関へ吸入する空気量はスロットル弁で制限しており、アイドルを含む低負荷領域では、スロットル弁が絞られていることからポンプ損失が大きくなる課題があるが、可変動弁制御装置（７１１）を備えた内燃機関では、吸気弁（７０３）のリフト量を従来の吸気弁のリフト量より低くすることで吸入される空気量を制限することができる。このため、スロットル弁をより大きく開くことができ、ポンプ損失の低減が可能となる。また、その他の利点として、吸気弁を低リフトにすることによりガス流動を強化する効果も得ることができる。しかし、図７に示す通り、ガス流動制御によって主タンブル流（７０８）を強くできるが、同時に主タンブル流（７０８）とは逆方向に働くガス流動＝逆タンブル流（７１０）も強くなる。この逆タンブル流（７１０）は図７内の矢印方向に働き、燃料噴射弁（７０４ａ，７０４ｂ）から噴射される燃料も逆タンブル流（７１０）と同じ方向へ流され、点火プラグ（７０５）周りの混合気が薄くなる課題が出る。そこで、可変動弁制御装置（７１１）が算出した吸気弁（７０３）のリフト特性に基づき、リフト特性が従来の値に対して低い場合に、前記要求二次電圧が高くなるとすることにより、前記放電エネルギを増加させ、燃焼安定性を向上させる。具体的な前記放電パターンについては、どのような形でも構わないが、点火プラグ（２０５）周りの空燃比が薄くなるため、図５内５０３に代表される二次電流を高くする強化が効果的である。また、一般的な内燃機関では、吸気弁（２０３）が、１気筒毎に２本備わっているが、可変動弁制御装置（７１１）の特徴として、気筒毎２本備わる吸気弁（２０３）のうち、片方の吸気弁（２０３）を閉じた状態で、もう一方の吸気弁（２０３）のみの開閉を行うことができる片閉じ弁制御を行うことができ、ガス流動制御弁と同様の効果を得ることができる。この片閉じ弁制御を行う際のガス流動の流れは、燃焼室（７０７）に対して横方向の流動（スワール流）を得ることができるが、このスワール流によって、点火プラグ（７０５）が点火した火花を吹き消す働きが強くなるため、二次電流を強くすることで放電途中でも火花が消えない効果を得ることができる。ちなみに、スワール流（ガス流動）により点火プラグから放電された火花が吹き消される理由は、点火プラグの表面温度が下がり、火花を消そうとする消炎効果が強くなることや、ガス流動自体が持つ強い空気の流れにより、特に前記放電エネルギが弱くなる部分で一気に火花が吹き消されることなどが挙げられる。

上述の強いガス流動により前記放電エネルギが弱くなる部分で火花が吹き消される問題を解消する手段として、前記請求項９の点火制御装置または点火制御方法を用いて、図９のような前記放電パターンを実施することも本発明では可能である。図９は本発明請求項９の点火制御装置または点火制御方法を用いた前記放電パターンの一例である。点火コイル内の一次コイル１を制御する前記点火信号が点火信号１（９０１）であり、この際の一次電流を一次電流１（９０３）が記し、前記放電エネルギが放電パターン１（９０５）である。同様に、点火コイル内の一次コイル２に対応するものが、それぞれ、点火信号２（９０２），一次電流２（９０４），放電パターン２（９０６）となる。コントロールユニット（１０２）が各々の一次コイルに対して、異なるタイミングで前記点火信号を出力すると、図９を見ても分かる通り、それぞれの前記点火信号（９０１，９０２）はそれぞれＴ１，Ｔ２で通電を開始している。点火信号１（９０１）と点火信号２（９０２）における最初の通電時間は、それぞれＴ１〜Ｔ３，Ｔ２〜Ｔ４となるが、この際の通電時間（９０８）については、概述による一次コイルのインダクタンスに依存し、最適な一次遮断電流を得る様にコントロールユニット（１０２）は制御しており、これは一次コイル２にも同様のことが言える。点火信号１（９０１）におけるＴ３からＴ４では、一次コイル１から前記放電エネルギを点火プラグに供給し、放電を行う（９１２）。その後、Ｔ４で一次コイル２が最初の放電を行うが（９０６）、これと同時に点火信号１（９０１）は、再びＨｉｇｈレベルとなり、Ｔ５まで通電を開始する。ここで、一次電流１（９０３）に着目すると、最初の通電時間（９０８・図９内Ｔ２，Ｔ３）に比べ、２回目の通電時間は明らかに短い時間となっている（９０９）一方で、一次電流１（９０３）は、最初の一次遮断電流とほぼ同じ値となっていることが分かる（９１０と９１１）。これは、一次コイル１の放電中に再び、充電を開始したため、一次コイル１の内部インダクタンスが低下し、短時間で充電が可能になるためである。その後は、一次コイル２も一次コイル１が放電を開始すると同時に充電を行う。この工程を繰り返すことで、図９内一番下のグラフに記す前記放電パターン（９０７）を得ることができ、強いガス流動による火花の吹き消えを抑制することができる。これにより、ガス流動が強い状態においても、点火プラグが放電した火花の吹き消しを低減することが可能となる。

前記請求項２は、請求項１における図６内Ｓ６０１の手段について記述したものであり、図１０に制御の流れを記載する。概述（図３を用いた説明）の点火プラグ周りの空燃比によって、前記要求二次電圧が変化する事象を利用し、前記放電エネルギを増減させる発明である。Ｓ１００１により点火プラグ周りの空燃比を把握し、Ｓ１００２で、予め設定された点火プラグ周り空燃比毎に存在する前記要求二次電圧をＳ１００１により把握した点火プラグ周り空燃比に基づき算出する。

前記請求項３は、前記請求項２の点火プラグ周り空燃比の把握手段について述べており、前記請求項２における図１０内Ｓ１００１の内容に該当する。図１１は図１０内Ｓ１００１の詳細図であり、点火プラグ周りの空燃比の予測または直接計測する場合の流れを示している。Ｓ１１０１からＳ１１０４は、燃料噴射制御に関わる燃料噴射開始時期（Ｓ１１０１）と燃料噴射終了時期の把握（Ｓ１１０２）を行う。その後、Ｓ１１０３により、燃料噴射量を把握する。またガス流動弁制御装置を備えた内燃機関の場合、Ｓ１１０４で、ガス流動弁制御量についても把握する。これらＳ１１０１からＳ１１０４のステップについては、燃料噴射制御やガス流動弁制御を行う上で、必須の制御パラメータであり、特別な手順を新たに設ける必要はなく、それぞれの制御パラメ−タを保管するだけで良い。その後、Ｓ１１０１からＳ１１０４で把握した制御パラメータから、予め設定されている点火プラグ周り空燃比を予測するが（Ｓ１１０５）、ここに示したＳ１１０１からＳ１１０４の制御パラメータを全て把握する必要は無く、少なくとも１つ以上を用いれば、予測（算出）することは可能である。Ｓ１１０１からＳ１１０５は、制御パラメータから点火プラグ周りの空燃比を予測する流れに対し、点火プラグ周りの空燃比を直接計測することができる点火プラグ一体式空燃比センサを備えた内燃機関の場合は、Ｓ１１０６により、直接点火プラグ周りの空燃比を把握することできる。

前記請求項４は、前記ＥＧＲ制御手段を備えた内燃機関について、ＥＧＲガス量が増加した際に前記放電エネルギを増加させる発明であり、制御の流れは図１２の様になる。ＥＧＲガス量と前記要求二次電圧の関係は概述（図４を用いた説明）の通りである。Ｓ１２０１によりＥＧＲガス量を把握するのであるが、把握手段として排気経路から吸気経路へ前記ＥＧＲガスを戻す経路（以下、ＥＧＲ経路）上にＥＧＲガスの流量を計測するセンサなどから把握する方法と、ＥＧＲ経路上に備わるＥＧＲ弁の開閉状態（制御量）からＥＧＲガス量を予測する手法がある。ＥＧＲ弁は排気経路と吸気経路を連通させることを目的としており、ＥＧＲ弁が開いた際には、ＥＧＲガスが吸気経路へ流れ込むため、ＥＧＲ弁の開閉状態（制御量）とＥＧＲガス量の相関を利用すると言える。Ｓ１２０２では、予め設定されたＥＧＲガス量毎に存在する前記要求二次電圧をＥＧＲガス量に基づき算出する。

更に前記請求項５については、前記請求項４同様にＥＧＲガスに対する前記要求二次電圧の予測する手段について記述しているが、前記請求項４では排気経路から吸気経路へＥＧＲガスを戻す所謂、外部ＥＧＲを備えた内燃機関に対し、前記請求項５では吸気弁と排気弁が同時に開いているオーバーラップ期間を用い、一度排気経路へ流出した排気ガスを再度燃焼室へ戻すまたは、排気ガスを排気経路へ流出させず、燃焼室内へ残留させることを目的とした所謂、内部ＥＧＲについて述べたものである。

この場合、外部ＥＧＲのようにＥＧＲガス量を直接計測することが困難であるため、吸気弁または排気弁の中心角位相量を検出することで、点火プラグ周りの空燃比を予測することを特徴とする。図１３に制御の流れを記載しており、Ｓ１３０１により、吸気弁または排気弁の中心角位相量を検出する。一般的にコントロールユニットは、中心角位相制御を行う上で、中心角位相量に基づき制御を行っているため、特別な手順を新たに設ける必要はなく、本発明に関わるＳ１３０１により、中心角位相量を保管するだけで良い。その後、Ｓ１３０２で、予め設定された中心角位相量毎に存在する前記要求二次電圧を吸気弁または排気弁の中心角位相量に基づき算出する。

前記請求項６は、ガス流動弁を備えた内燃機関において、ガス流動が強くなった際の前記放電エネルギを増加させる発明である。図１４に制御の流れを記載しており、Ｓ１４０１により、ガス流動弁の制御量を把握する。一般的にコントロールユニットは、ガス流動弁制御を行う上で、ガス流動弁の制御量またはガス流動弁の開閉状態を監視しており、特別な手順を新たに設ける必要はなく、本発明に関わるＳ１４０１により、ガス流動弁の制御量またはガス流動弁の開閉状態を保管するだけで良い。Ｓ１４０２で、ガス流動弁の制御量またはガス流動弁の開閉状態に応じ、予め設定された前記要求二次電圧を算出する。

前記請求項７は、可変動弁制御装置を備えた内燃機関において、吸気弁のリフト特性が従来の設定より低くなるように制御を行う低リフト制御を実行した際の前記放電エネルギ強化を目的とした発明であり、制御の流れは、図１５に示した様になる。Ｓ１５０１により、吸気弁のリフト特性を把握するが、一般的にコントロールユニットは、可変動弁制御を行う上で、吸気弁のリフト特性を監視しており、特別な手順を新たに設ける必要はなく、本発明に関わるＳ１５０１により、吸気弁のリフト特性を保管するだけで良い。次にＳ１５０２において、Ｓ１５０１で把握した吸気弁のリフト特性が通常のリフト特性に対して低いかを判断している。これは例えば、図８の様に内燃機関の運転領域毎に通常時における吸気弁のリフト特性を予め設定しておき、この通常時における吸気弁のリフト特性とＳ１５０１で把握した吸気弁のリフト特性を比較することで可能となる。Ｓ１５０２で、低リフト制御が行われていると判断した場合、Ｓ１５０３で、吸気弁のリフト特性に応じ、予め設定された前記要求二次電圧を算出する。

前記請求項８は、前記請求項７同様に可変動弁制御装置を備えた内燃機関に関する。前記請求項７と異なる点は、１気筒毎に２本備わる吸気弁のうち片方の吸気弁を閉じた状態で、もう一方の吸気弁のみの開閉を行うことができる片閉じ弁制御を行う内燃機関の制御装置の発明となる。制御の流れは、図１６に記載しており、まず、Ｓ１６０１により、吸気弁のリフト特性を把握するが、このステップにおける基本的な思考は、前記請求項７のＳ１５０１と同じとなるため省略する。次にＳ１６０２にて、片閉じ弁制御を実施しているか否かを判定するが、一般的にコントロールユニットは、片閉じ弁制御を行う上で、片閉じ弁制御の実行判断を行うため、新たに本ステップを加える必要なない。Ｓ１６０３では吸気弁のリフト特性に応じ、予め設定された前記要求二次電圧を算出するが、前記要求二次電圧の値がＳ１５０３のものと同じになるとは限らない。また、本説明では、片閉じ弁制御中のリフト特性に応じた前記要求二次電圧を算出しているが、単純に片閉じ弁制御中と通常の吸気弁制御中とで、前記要求二次電圧を２つ以上予め設定し、これをＳ１６０３により使い分けて良い。

前記請求項９は、前記請求項６と同様にガス流動が強くなった場合の前記放電エネルギ強化を目的とした発明である。前記請求項６と異なる点として、ガス流動が強くなった際に所謂、連続多重点火を実施することである。制御の流れは図１７を使い説明を行う。まずＳ１７０１で、予め設定された連続多重点火用の通電時間などを用いる。概述であるが、連続多重点火の場合、放電中の点火コイルを通電した際、前記通電時間が短くなる特性を利用するため、通常の前記通電時間では点火コイルの発熱量が多くなるため、連続多重点火用の前記通電時間を設定する。次にＳ１７０２で、ガス流動弁の制御量を把握するが、これも、図１４のＳ１４０１で行う内容と同じである。Ｓ１７０３では、Ｓ１７０２で把握したガス流動弁の制御量から、連続多重点火を実施するか否かを判定し、連続多重点火を実施しない場合、Ｓ１７１６へ進む。Ｓ１７１６では、点火コイル内に備わる２つ以上の一次コイルのうち少なくとも１つに対し、コントロールユニットから前記点火信号を出力し、通常の点火制御を実施する。但し、これは、あくまでも一例であり、例えば、２つ以上の一次コイルを用いた点火制御を実施しても良い。Ｓ１７０３で連続多重点火を実施すると判定された場合、Ｓ１７０４にて予め設定された１行程中の前記放電時間から、内燃機関に備わる点火コイルが持つ前記放電時間の値を除算することで、点火回数を算出する。尚、点火コイルの前記放電時間は予め設定しても良いし、予め設定した点火コイルの前記通電時間と前記要求二次電圧から算出しても良い。Ｓ１７０５では、点火コイル内に２つ以上備わる一次コイルのうち、一方の一次コイルへ通常時の前記点火信号を出力するが、前記点火信号の算出方法として、前記点火時期から前記通電時間を減算した値から前記点火信号をＨｉｇｈレベルとし、前記通電時間分の経過後、設定された前記点火時期でＬｏｗレベルとなる様に設定し、点火コイル内の一次コイルへ出力する。同時にＳ１７０４で算出した点火回数をデクリメントする（Ｓ１７０６）。その後、もう一方の一次コイルにもＳ１７０４同様に前記点火信号を出力し（Ｓ１７０６）、点火回数のデクリメントを実施（Ｓ１７０７）するが、遅れて点火を行う一次コイル側の前記点火時期を予め設定しても良いし、１回目の点火時期からどれくらいの期間を得るか（点火間隔）などの情報から算出すれば良い。その後、残りの点火回数が０回となっているかを判定し（Ｓ１７０９）、０回以上の場合、Ｓ１７０７で算出した前記点火時期のタイミングから、通電を開始する様に前記点火信号をセットし、所定のタイミングにより点火コイル内の一次コイルへ前記点火信号を出力する（Ｓ１７１０）。Ｓ１７１０で前記点火信号が出力されると同時に点火回数をデクリメントし（Ｓ１７１１）、点火回数が０回であるかを判断（Ｓ１７１２）する。Ｓ１７１３及びＳ１７１４は遅れて点火を行う一次コイルに対して、それぞれＳ１７１０とＳ１７１１と同様の制御を行う。以後は、点火コイル内に２つ以上備わる一次コイルに対し、点火回数が０回になるまで、交互に実施することで、連続多重点火を行う。尚、図１７は本発明における一例であり、この制御以外にも連続多重点火の実現方法はあるが、結果的に図９における９０７の前記放電パターンを得ることができれば、その制御方法は問わない。

本発明の基本構成図。 従来の放電エネルギ説明図。 空燃比と要求二次電圧の関係図。 ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）と要求二次電圧の関係図。 本発明の放電エネルギ説明図１。 本発明請求項１のフローチャート。 可変動弁制御装置の説明図。 可変動弁制御装置による吸気弁のリフト特性説明図。 本発明の放電エネルギ説明図２。 本発明請求項２のフローチャート。 本発明請求項３のフローチャート。 本発明請求項４のフローチャート。 本発明請求項５のフローチャート。 本発明請求項６のフローチャート。 本発明請求項７のフローチャート。 本発明請求項８のフローチャート。 本発明請求項９のフローチャート。

符号の説明

１０１ 内燃機関
１０２ コントロールユニット
１０３ 吸気経路
１０４ａ 燃料噴射弁（ポート噴射用）
１０４ｂ 燃料噴射弁（筒内噴射用）
１０５ 吸気弁
１０６ 燃焼室
１０７ 排気弁
１０８ 点火プラグ
１０９ 点火コイル
１１０ａ カムシャフト（吸気側）
１１０ｂ カムシャフト（排気側）
１１１ クランクシャフト
１１２ ピストン
１１３ コネクティング・ロッド
１１４ 排気経路
１１５ 空燃比センサ
１１６ 触媒
１１７ 空燃比情報
１１８ａ パルス幅１
１１８ｂ パルス幅２
１１９ａ 点火信号１
１１９ｂ 点火信号２

Claims (9)

1. １気筒毎に混合気に点火を行う点火プラグ１つに備えられた点火プラグへ電気エネルギを供給することを目的とする点火コイルが、少なくとも２つ以上の一次コイルと１つ以上の二次コイルを有し、前記点火コイル内に備わる一次コイルを独立して制御することができる点火制御手段を備えた内燃機関の点火制御装置において、
   内燃機関が要求する要求二次電圧に基づき、点火コイルに備わるそれぞれの一次コイルへ入力する点火信号を個別に制御することで、点火プラグが放電する放電エネルギを増減させることができることを特徴とする点火制御装置。
2. 点火プラグ周りの空燃比を予測または計測できるプラグ周り空燃比把握手段と、予め設定された点火プラグ周り空燃比毎の前記要求二次電圧とを備えた内燃機関の点火制御装置において、プラグ周り空燃比把握手段から把握したプラグ周り空燃比情報から、前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
3. 前記空燃比把握手段は、燃料噴射弁から燃料が噴射し始めるタイミングを監視する手段または燃料が噴射し終わるタイミングを監視する手段の少なくとも１つと、燃料の噴射量を監視する手段と、吸入空気量を監視する手段と、排気ガスの成分から空燃比を計測することができる排気空燃比把握手段と、ガス流動を制御するガス流動制御弁の制御量を監視する手段と、プラグ周り空燃比を計測することができる点火プラグ一体式空燃比センサの中から少なくとも１つ以上を備えることを特徴とする請求項２の点火制御装置。
4. ＥＧＲガスを燃焼室へ戻すことができるＥＧＲ制御手段を備え、ＥＧＲガス量を計測または予測することができるＥＧＲガス量把握手段と、予め設定されたＥＧＲガス量毎の前記要求二次電圧とを備えた内燃機関において、ＥＧＲガス量把握手段により把握したＥＧＲガス量から前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
5. 吸気弁または排気弁の作動角の中心位相を可変とする機構を備えた内燃機関において、吸気弁及び排気弁が同時に開いているオーバーラップ期間を変更することで、排気ガスを燃焼室へ残留させることができる内燃機関において、吸気弁または排気弁の中心角位相量を検出する中心角位相量検出手段と、予め設定された基本中心角位相量毎の前記要求二次電圧とを備えた点火制御装置において、基本中心角位相量に基づき、前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
6. ガス流動弁によりガス流動の強さを制御することができるガス流動弁制御手段と、ガス流動の強さを把握することができるガス流動弁制御量把握手段と予め設定されたガス流動弁制御量毎の前記要求二次電圧とを備えた内燃機関の制御装置において、ガス流動弁制御量把握手段から把握したガス流動弁制御量に基づき、前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
7. 吸気弁のリフト特性（作動角特性）を可変させることができる可変動弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置において、吸気弁のリフト特性（作動角特性）が所定値以下であるかを判断する低リフト実行判断装置と、予め設定された吸気弁のリフト特性に基づく前記要求二次電圧とを備えた内燃機関の制御装置において、吸気弁のリフト特性（作動角特性）に基づき、前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
8. 気筒毎に２本の吸気弁のうち片側１本のみを閉じることができる片閉じ弁制御装置と、片閉じ弁制御装置が稼動中かを判断する片閉じ弁制御実行判断装置と、吸気弁のリフト特性（作動角特性）を把握する吸気弁リフト特性把握手段と、予め設定された通常運転中の前記要求二次電圧と片閉じ弁制御中の前記要求二次電圧または吸気弁のリフト特性毎に予め設定された前記要求二次電圧とを備えた内燃機関の制御装置において、片閉じ弁制御実行判断装置が実行中であると判断した場合、予め設定された片閉じ弁制御中の前記要求二次電圧または、吸気弁のリフト特性に基づき、前記要求二次電圧を予測することを特徴とする請求項１の点火制御装置。
9. １気筒毎に混合気に点火を行う点火プラグ１つと、点火プラグへ電気エネルギを供給することを目的とする点火コイルが、少なくとも２つ以上の一次コイルと１つ以上の二次コイルを備え、点火コイル内に備わる一次コイルを独立して制御することができる点火制御手段と、ガス流動弁によりガス流動の強さを制御することができるガス流動弁制御手段と、ガス流動の強さを把握することができるガス流動弁制御量把握手段とを備えた内燃機関の制御装置において、ガス流動弁制御量把握手段から把握したガス流動弁制御量に基づき、点火コイル内に備わるそれぞれの一次コイルへ入力する前記点火信号を個別に制御することで、点火プラグが放電した火花が強いガス流動により放電途中で吹き消えないにすることを目的とする請求項１の点火制御装置。

Images