JP2020012426A - 内燃機関の点火制御装置、内燃機関の点火制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃幾何の点火制御装置において、気筒の点火コイルの電流値の統計的処理の結果を利用して、点火時期を制御する技術を提供する。【解決手段】内燃機関の点火制御装置は、前記内燃機関の気筒に取付けられ、前記気筒内に放電用の電極が配置される点火プラグと、前記点火プラグに接続され、前記電極に高電圧を印加することで、前記気筒内の混合気に火花点火するための放電を発生させる点火装置と、前記電極での放電の開始により前記点火プラグの前記電極に流れる電流の電流値を検出する電流センサと、前記放電の開始からの経過期間と前記電流値との関係を、前記火花点火の実施毎に検出して、前記関係を統計的に処理した結果に応じて、前記点火装置による前記高電圧の印加のタイミングを制御する制御部と、を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の点火制御装置およびその方法に関する。

内燃機関は、ピストンが上死点近くまで上昇することで混合気を圧縮し、圧縮された混合気に点火して爆発燃焼を生じさせることで大きな出力を得ている。混合気への点火は、内燃機関の気筒内に設けられた点火プラグの電極に高電圧を印加して放電を生じさせることにより行う。混合気への点火は、上死点より手前のタイミングであって、内燃機関の出力が最も大きくなる進角値であるＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）とすることが、燃費の点火から望ましい。

このため、混合気への点火をＭＢＴまたはこれに近い所望のタイミングで確実に行うことが求められている。例えば、特許文献１では、混合気の流れに対する点火プラグの取付け方向によって吹き消えが生じやすくなる場合、点火プラグの電極への放電エネルギーを修正して、吹き消えが起きないようにし、混合気への点火を確実に行おうとしている。

特開２０１５−１７５３４０号公報

しかしながら、吹き消えを予防しただけでは、混合気の流れに対する点火プラグの取り付け方向によって、混合気が燃焼を開始するタイミングがばらついてしまい、所望のタイミング、例えばＭＢＴで点火できない場合があるという問題は、解消できなかった。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、内燃機関（１１）の点火制御装置（６０）が提供される。この内燃機関の点火制御装置は、前記内燃機関の気筒（４０）に取付けられ、前記気筒内に放電用の電極（６１，６３）が配置される点火プラグ（６２）と、前記点火プラグに接続され、前記電極に高電圧を印加することで、前記気筒内の混合気に火花点火するための放電を発生させる点火装置（６８）と、前記電極での放電の開始により前記点火プラグの前記電極に流れる電流の電流値を検出する電流センサ（６４）と、前記放電の開始からの経過期間と前記電流値との関係を、前記火花点火の実施毎に検出して、前記関係を統計的に処理した結果に応じて、前記点火装置による前記高電圧の印加のタイミングを制御する制御部（３０）と、を備える。
この形態の内燃機関の点火制御装置によれば、気筒の点火プラグに流れる電流値の統計的処理の結果を利用して点火時期を制御する。したがって、気筒の出力や回転数の違いに応じて点火時期を適正な時期であるＭＢＴ近傍に制御することができる。

上述した本開示の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部または全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部または全部を達成するために、上述した本開示の一形態に含まれる技術的特徴の一部または全部を上述した本開示の他の形態に含まれる技術的特徴の一部または全部と組み合わせて、本開示の独立した一形態とすることも可能である。

内燃機関の点火制御装置を適用したエンジン制御システムを示す説明図。 内燃機関の点火制御装置の構成を表す説明図。 点火プラグの接地電極と空気の流通方向との関係を模式的に表す側面図。 点火プラグの接地電極と空気の流通方向との関係を模式的に表す説明図。 実験に用いた点火プラグの接地電極の角度の違いを表す説明図。 接地電極の向きごとに検出した着火期間の差を表す実験データ。 接地電極の向きごとに検出した電流値の標準偏差を表す実験データ。 第１実施形態の内燃機関の点火制御装置が実行する点火制御のフロー図。 接地電極の向き毎に検出した電流値の変化量の平均値を表す実験データ。 第２実施形態の点火制御装置が実行する点火制御のフロー図。

Ａ．第１実施形態：
図１には、本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０（以下、単に「点火制御装置６０」とも呼ぶ）を機能させるエンジン制御システム１０のハードウェア構成が示されている。エンジン制御システム１０は、車両に搭載される。エンジン制御システム１０は、駆動源となる筒内噴射式の内燃機関であるエンジン１１と、ＥＣＵ３０とを備える。本実施形態のエンジン１１は、４つの気筒４０を有する直列４気筒エンジンなどのように複数の気筒４０を有する。図１では、技術の理解を容易にするため、単一の気筒４０が例示されている。

吸気管１２は、上流から順に、エアクリーナ１３と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４と、モータ１５により開度調節されるスロットルバルブ１６と、サージタンク１８とが備えられる。スロットルバルブ１６には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１７が設けられている。サージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８とエンジン１１の各気筒４０との間には、気筒４０内に空気を導入するための吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０には、気筒４０内の吸気の温度を検出する吸気温センサ２１が設けられている。

エンジン１１の各気筒４０は、ピストン４１と、シリンダ４２と、シリンダヘッド４３とによって構成されている。シリンダ４２には、筒内圧を検出する筒内圧センサ２６、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７が取り付けられている。シリンダヘッド４３には、燃料噴射弁５０と、吸気弁４４と、排気弁４６と、点火プラグ６２とが備えられる。燃料噴射弁５０は、気筒４０内に燃料を噴射する電磁駆動式のインジェクタである。燃料噴射弁５０は、内蔵するソレノイドの駆動コイルに通電してニードル弁をリフトすることによって燃料噴射を実現する。エンジン１１の排気弁４６が設けられた排気口には排気管２３が接続される。排気管２３は、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）を備える。排出ガスセンサ２４の下流側には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

各ピストン４１には、ピストン４１の往復運動を円運動に変換するクランク軸２８が連結されている。クランク軸２８は、エンジン１１の出力を回転運動として取り出す。クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度（単位時間当りの回転数）が検出される。

エンジン１１の動作について簡略に説明する。吸気弁４４は、図示しない吸気カムによって押し下げられて、気筒４０内に空気を導入するための吸気口を形成する。空気は、ピストン４１を吸気下死点に向かって下げることによって、吸気マニホールド２０を介して、この吸気口から気筒４０内に導入される。吸気弁４４と排気弁４６とが閉じた状態で、ピストン４１は、ピストン４１の圧縮上死点に向かって上げられる。この間に燃料噴射弁５０によって燃料の噴射が行われ、空気と燃料は混合されて混合気となり、気筒４０内で所定の圧縮比に高められる。混合気は、ピストン４１が圧縮上死点に到達する直前に、各気筒４０の点火プラグ６２に放電によって形成される火花によって着火される。ピストン４１は、着火により燃焼された混合気の膨張力によって下死点まで押し下げられる。混合気は、各気筒４０に繋がれた排気管２３から排出ガスとして排出される。排気弁４６は、図示しない排気カムによって押し下げられて、気筒４０から空気を排出するための排気口を形成する。図１には、吸気口から導入される空気および混合気の流通方向（以下、「吸気方向」とも呼ぶ）Ｄ１と、排気口に排出される空気および混合気の流通方向（以下、「排気方向」とも呼ぶ）Ｄ２が模式的に示されている。

ＥＣＵ３０は、コンピュータで構成されるＣＰＵ３１と、ＲＯＭやＲＡＭによって構成されるメモリ３２とを主体として構成される制御部である。上述した各種センサからの出力信号は、ＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０に入力される出力信号には、図示しないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ３８からの信号が含まれる。ＥＣＵ３０は、内蔵されたメモリ３２に記憶された点火制御プログラム３４といった各種のエンジン制御用のプログラムを実行し、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。燃料噴射量は、燃料噴射弁５０の開弁時間により制御する。また、点火時期は、上述したように、ピストン４１の圧縮上死点に対して所定の角度で、点火プラグ６２に火花点火することにより制御する。スロットル開度は、アクセルセンサ３８が検出したアクセルペダルの踏込量と連動するようにモータ１５を駆動することによって調整される。本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０は、ＥＣＵ３０の一部の機能と、点火プラグ６２と、後述する電流センサ６４等とによって構成される。ＥＣＵ３０による点火制御プログラム３４の実行によって内燃機関の点火制御装置６０の機能が実現される。

図２に示すように、本実施形態の点火制御装置６０は、バッテリ７０と、点火装置６８と、点火プラグ６２と、ＥＣＵ３０と、電流センサ６４と、クランク角センサ２９とによって構成される。バッテリ７０は、点火制御装置６０を搭載する車両に備えられる一般的な蓄電池によって構成される。点火装置６８は、点火コイル６６と、イグナイタ７４とによって構成される。

点火コイル６６は、バッテリ７０の低電圧を、点火プラグ６２で火花放電を生じさせるための高電圧に変換する。点火コイル６６は、一次コイル７１と、二次コイル７３と、コア７２とによって構成される。コア７２は、例えば珪素鋼板といった、中央に透磁率の大きい鉄板を重ね合わせた鉄芯によって構成される。一次コイル７１と二次コイルとは、コア７２のまわりに巻かれている。これにより、一次コイル７１と二次コイル７３とは、磁気回路および磁束を共有する。一次コイル７１の低電圧側は、バッテリ７０と接続し、一次コイル７１の高電圧側は、イグナイタ７４のコネクタと接続している。二次コイル７３の高電圧側は、点火プラグ６２と接続している。

イグナイタ７４は、一次コイル７１へ流れる一次電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。イグナイタ７４は、ＩＧＢＴによって構成されるスイッチング素子を備える。イグナイタ７４のゲートには、ＥＣＵ３０からの制御信号が接続される。ＥＣＵ３０は、点火プラグ６２の放電開始時期に合わせて、イグナイタ７４のゲートを流れる点火信号を遮断する。これにより、イグナイタ７４内のスイッチング素子はターンオフし、一次コイル７１に流れる一次電流が遮断され、二次コイル７３側に高電圧が発生する。この高電圧によって、点火プラグ６２の電極間に火花放電が発生される。

点火制御装置６０は、点火プラグ６２と点火コイル６６との間に、電流センサ６４を備える。電流センサ６４は、点火信号に基づいて点火プラグ６２に流れる電流の電流値を検出する。電流センサ６４は、検出した電流値をＥＣＵ３０に送信する。ＥＣＵ３０は、点火制御プログラム３４を実行し、放電開始の制御を実行した時点からの経過期間と、電流センサ６４から受信した電流値との関係を、火花点火の実施毎に算出する。本実施形態において、放電開始の制御からの経過期間は、クランク角センサ２９によって検出されるクランク軸２８の回転角（クランクアングルとも呼ぶ）によって規定される。ＥＣＵ３０は、放電開始の制御からの経過期間と、電流値との関係を統計的に処理し、その結果に応じて、電圧の印加のタイミングを制御する。このように、点火制御装置６０は、ＥＣＵ３０による点火制御プログラム３４の実行によって、各気筒４０において内燃機関の出力が最も大きくなる進角値であるＭＢＴ近傍で点火プラグ６２を点火するための点火コイル６６の高電圧発生タイミングを制御する。

図３および図４を用いて、気筒４０内の空気の流通方向に対する点火プラグ６２の取り付け方向と、混合気が燃焼を開始するタイミングのばらつきの発生メカニズムについて説明する。図３に示すように、点火プラグ６２の先端には、接地電極６３と、中心電極６１とが備えられる。この接地電極６３と中心電極６１とは、図１に示すように、気筒４０内に位置するようにして備えられる。本実施形態において、接地電極６３の形状は、点火プラグ６２の側面から、中心電極６１のＺ方向側であって中心電極６１と対向する位置まで延伸した形状である。火花放電は、接地電極６３の先端と、中心電極６１の先端との間の領域Ｓａに発生する。図３には、点火プラグ６２の中心電極６１の中心軸ＡＸが模式的に示されている。

図４には、Ｚ方向側から見た状態の図３の点火プラグ６２が表されている。点火プラグ６２がそれぞれの気筒４０に備えられる際、接地電極６３は、中心軸ＡＸを中心とした所定の角度に位置するようにして備えられる。取付けられた点火プラグ６２の向き、すなわち気筒４０内での接地電極６３が位置する角度は、気筒４０の外部からは認識することはできず、点火プラグ６２の向きを所望の角度に設定して設置することは難しい。

気筒４０内には、吸気口からの吸気によって、空気や混合気による気流が発生する。この気筒４０内の気流は、接地電極６３と接触することによって向き等を変化されるとともに、領域Ｓａに発生する火花放電に影響を与え、火花放電の延び方や形状を変化させる。すなわち、領域Ｓａに発生する火花放電は、接地電極６３の取付けられた角度や位置によって、その形状や延び方が異なる。そのため、放電の開始制御を実行してから混合気に着火するまでの期間である着火期間の気筒４０ごとのばらつきが生じ、混合気が燃焼を開始するタイミングは、気筒４０ごとにばらつきを生じることとなる。

ここで、気筒４０の吸気口側を０度側とし、排気口側を１８０度側とするとき、空気は、０度側の吸気口から吸気方向Ｄ１に沿って吸気され、排気方向Ｄ２に沿って１８０度側の排気口から排気される。そのため、気筒４０内の気流の向きは、図中の０度側から１８０度側を結ぶ直線状の向きと考えることができる。このとき、接地電極６３の取付け位置は、気流の向きに対して０度から１８０度のいずれかの角度によって表すことができる。図３および図４では、接地電極６３の取付けられた角度が略４５度である状態が示されている。

気筒４０内の点火プラグ６２の取付け角度と、火花放電との関係について実験を行った。図５に示すように、第１実施形態の気筒４０と同様の各気筒４０ａ〜４０ｃに点火プラグ６２ａ〜６２ｃが取付けられている。実験では、点火プラグ６２ａ〜６２ｃが取付けられた方向を規定した。点火プラグ６２ａは、接地電極６３ａを吸気側である０度となる位置に、点火プラグ６２ｂは、接地電極６３ｂを９０度となる位置に、点火プラグ６２ｃは、接地電極６３ｃを１８０度となる位置になるようにして、それぞれ備えられている。

図６は、この点火プラグ６２ａ〜６２ｃごとの着火期間を測定した結果を示す。図６には、ＥＣＵ３０による放電開始制御である着火制御を実行してから、点火プラグ６２ａ〜６２ｃそれぞれが混合気に着火するまでの期間を測定した結果が示されている。９０度の位置で備えられる点火プラグ６２ｂの接地電極６３ｂでの着火期間が最も短く、それ以外の角度で備えられる接地電極６３ａおよび接地電極６３ｃでは、接地電極６３ｂよりも着火時期が遅角側にずれる。すなわち、接地電極６３ａ〜６３ｃの取付けられる向きによって着火期間はそれぞれ異なり、結果的に気筒４０ａ〜４０ｃごとで混合気が燃焼を開始するタイミングがばらつく。点火プラグ６２ｂのように接地電極６３ｂの向きが９０度である場合の着火期間が最も短くなる。こうした違いが生じるのは、気筒４０内の混合気の流通方向と、接地電極６３ｂの向きとの関係により火花放電の状態が変化するためと考えられる。

図７には、この点火プラグ６２ａ〜６２ｃごとに検出した電流値の標準偏差が示されている。図７に示した実験条件は、エンジン１１の回転数が低回転域の所定の回転数と、エンジン１１の出力が低い所定のトルク値で設定されている。低回転域とは、エンジン１１において放電火花の吹き消えが発生しにくい程度に低い回転数である回転数１０００〜２０００ｒｐｍとなる範囲をいう。ＥＣＵ３０は、点火制御プログラム３４を実行して、各点火プラグ６２ａ〜６２ｃの点火制御を実行してから１０ＣＡ（クランクアングルとも呼ぶ）を経過した時点において、電流センサ６４によって検出される電流値を、所定回数だけ繰り返して計測して、その標準偏差を算出した。この所定回数とは、統計処理としての電流値の標準偏差が意味を持つために十分な回数以上の回数をいう。

図７に示すように、実験結果によれば、点火プラグ６２ａでの電流値の標準偏差が最も小さく、点火プラグ６２ｂでの電流値の標準偏差が最も大きい。点火プラグ６２ｃでの電流値の標準偏差は点火プラグ６２ａと点火プラグ６２ｂとの標準偏差の間の値であった。このとき、例えば、点火プラグ６２ａでの標準偏差より大きく点火プラグ６２ｂでの標準偏差未満の値を閾値Ｔｈとして設定することによって、接地電極６３の向きが９０度か、０度または１８０度かのいずれかを判別することができる。本実施形態の点火制御装置６０では、この閾値Ｔｈは、接地電極６３の向きを推定するための閾値としてメモリ３２に予め格納される。このように、ＥＣＵ３０による放電開始制御から予め定められた期間を経過した時点での点火プラグ６２を流れる電流値の標準偏差は、接地電極６３の向きの違いによる差が顕著に表れる。したがって、本実施形態の点火制御装置６０によれば、接地電極６３の向きを推定でき、接地電極６３の向きに応じた進角制御を設定できる。気筒４０が複数存在し、向きを９０度と推定される接地電極と、向きを９０度以外と推定される接地電極とが混在する場合には、位置が９０度以外と推定される接地電極のみの点火時期を進角側に補正する制御によって、気筒４０ごとでの着火期間のばらつきを小さくすることができる。この点火時期の進角側への制御は、ＥＣＵ３０によって、点火装置６８への高電圧の印加のタイミングを制御することによって実現される。

そこで、次にこうした点火プラグ６２の気筒４０ごとの取付け角度の相違を学習して行う点火時期制御について説明する。図８に示すように、本実施形態の内燃機関の点火制御のフローは、点火制御装置６０のＥＣＵ３０が、メモリ３２の点火制御プログラム３４を実行することによって実現される。点火制御装置６０は、例えば、搭載された車両のイグニションキーをＯＮにされることによって点火時期制御を開始し、図８に示した処理を各気筒４０が圧縮行程を開始するタイミング毎に実行する。開始直後に初期化処理が１回実行され、図８の処理に用いられる変数などが初期化される。例えば、点火時期αは、初期値α_０に規定される。

この処理を開始すると、後述する学習済データが有るか否かを確認する処理を実行する（ステップＳ１０）。この処理が開始された直後は、学習済データが格納されていないため、ステップＳ１０での判断は「ＮＯ」となり、続いて、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２９によって検出されるクランク軸２８の回転数から、運転条件が低回転域であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。本実施形態において、ＥＣＵ３０は、クランク軸２８の回転数が予め定められた閾値未満か否かによって低回転域であるか否かを判定する。本実施形態では、クランク軸２８の回転数が２０００ｒｐｍ未満である場合、ＥＣＵ３０は、運転条件が低回転域であると判定し、回転数が２０００ｒｐｍ以上である場合、ＥＣＵ３０は、運転領域が低回転域ではないと判定する。ＥＣＵ３０は、低回転域ではないと判断すると（Ｓ２０：ＮＯ）、点火装置６８に点火信号を供給して、点火時期αを初期値α_０として点火プラグ６２に火花放電を発生させる制御を実行し（ステップＳ１４）、ＮＥＸＴに抜けて処理を終了する。

ＥＣＵ３０は、低回転域であると判断すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、点火時期αを初期値α_０として点火プラグ６２に火花放電を発生させる制御を実行し（ステップＳ３０）、火花放電の制御開始時点から所定クランク角を経過した時点で、電流センサ６４によって検出される電流値を取得する（ステップＳ４０）。本実施形態において、電流センサ６４はＥＣＵ３０による火花放電の制御開始時点からクランク軸を１０ＣＡとする期間の経過時点での電流値を検出する。取得された電流値はメモリ３２に一時的に記憶され、ＥＣＵ３０は電流値の検出回数Ｍを値１だけインクリメントする（ステップＳ４４）。

ＥＣＵ３０は、電流センサ６４による電流値の検出回数Ｍが所定回数Ｍ_０に到達したか否かを判定する（ステップＳ５０）。本実施形態では、電流値の検出回数Ｍが所定回数Ｍ_０に到達するまでは（Ｓ５０：ＮＯ）、ＥＣＵ３０による処理は、ＮＥＸＴに抜けて終了する。本処理ルーチンが燃焼サイクル毎に各気筒４０で繰り返されると、その度に、ＥＣＵ３０は、各気筒４０の電流値の検出を繰り返す。ＥＣＵ３０が電流値の検出回数Ｍが所定回数Ｍ_０に到達したと判定した場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０はステップＳ６０以下に移行し、点火時期の補正値の設定に関する処理を行う。

ＥＣＵ３０は、まず所定回数Ｍ_０分の電流値を統計的に処理する（ステップＳ６０）。本実施形態において、ＥＣＵ３０による統計的処理では、電流値の標準偏差が用いられる。ＥＣＵ３０は、算出した電流値の標準偏差と、予めメモリ３２に格納された閾値Ｔｈとを比較する（ステップＳ７０）。ＥＣＵ３０は、その結果に応じて、高電圧の印加のタイミングを制御する。ＥＣＵ３０は、気筒４０ごとに対応する電流センサ６４から検出される電流値と、この閾値Ｔｈとを比較し、標準偏差が閾値以下となる気筒４０があるか否かを判定する。閾値Ｔｈ以下となる気筒４０がない場合（Ｓ７０：ＮＯ）、ＮＥＸＴに抜けて処理を終了する。

閾値Ｔｈ以下となる気筒４０がある場合（Ｓ７０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０による処理は、ステップＳ８０に移行する。ＥＣＵ３０は、電流値の標準偏差が閾値Ｔｈ以下となる気筒４０が、複数の気筒４０のうち、一部の気筒４０であるか、もしくはすべての気筒４０であるかについて確認する（ステップＳ８０）。すべての気筒４０での電流値の標準偏差が閾値Ｔｈ以下である場合、ＥＣＵ３０は点火時期αを補正することなく処理をＮＥＸＴに抜けて終了する。

一部の気筒４０での電流値の標準偏差が閾値Ｔｈ以下である場合、ＥＣＵ３０による処理はステップＳ９０に移行する。ＥＣＵ３０は、複数の気筒４０うち点火時期αを補正する対象となる気筒４０とともに、補正値Δαの値を決定する（ステップＳ９０）。本実施形態において、電流値の標準偏差が閾値Ｔｈ以下となった気筒４０のみが、その点火時期αを補正する対象となり、補正値Δαは、電流値の標準偏差の結果から推定される接地電極６３の角度に応じて設定される。他方、ＥＣＵ３０は、標準偏差が閾値Ｔｈより大きい気筒４０の補正を実行しない。本実施形態において、ＥＣＵ３０は、補正を実行する対象となる気筒４０と、補正値Δαを、学習済データとしてメモリ３２に記憶させる。ＥＣＵ３０による処理は、点火時期の補正を決定するとＮＥＸＴに抜けて終了する。

こうして一旦補正値Δαが学習済みデータとしてメモリ３２に記憶されると、次に実行される点火時期制御では、学習済データありと判断され（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、学習済データをメモリ３２から読み出して、学習済データに基づく点火時期補正を実行する（ステップＳ１２）。このとき、対象となる気筒４０の点火時期αは、学習済データに基づく補正により点火時期α_Ｓ、すなわち初期値α_０＋補正値Δα、に設定される。続いて、点火時期α_Ｓとして補正されたタイミングで点火制御を実施し（ステップＳ１４）、ＮＥＸＴに抜けて処理を終了する。このように、本実施形態の点火制御装置６０では、低回転域である場合にのみ、放電の開始からの経過期間と電流値との関係を統計的に処理する。

以上のように、本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０によれば、気筒４０ごとの電流値の統計的処理である標準偏差の結果を利用して、気筒４０ごとの点火プラグ６２の点火時期を制御する。したがって、気筒４０の出力や回転数の違いに応じて点火時期をＭＢＴ近傍に制御することができる。また、本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０によれば、複数の気筒４０のそれぞれを個別に点火時期制御している。したがって、点火時期を気筒４０ごとにＭＢＴ近傍に制御することができ、気筒４０間の燃焼ばらつきを低減させることができる。したがって、内燃機関の燃焼効率を高めることができる。

本実施形態の点火制御装置６０では、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２９によって検出されるクランク軸２８の回転数から低回転域であるか否かを判定し、低回転域である場合にのみ点火時期制御を実行する。低回転域である場合、高回転領域での結果に比べ、接地電極６３の向きの違いによる電流値の統計的処理の結果への影響が大きい。したがって、本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０によれば、接地電極６３の向きの違いをより正確に推定した点火時期制御を実行できる。

Ｂ．第２実施形態：
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、点火プラグ６２の向きを推定するために、電流値の変化量の平均値を用いる。この電流値の変化量の平均値とは、点火制御を実行した時点で検出される電流値と、クランク角を所定のクランクアングル分として１０ＣＡ経過した時点で検出される電流値とを所定回数取得し、その平均値を演算した値ΔＬである。

図９には、第２実施形態の点火制御装置６０ｂの点火プラグ６２ａ〜６２ｃの接地電極６３ａ〜６３ｃの角度と、電流値の変化量の平均値ΔＬとの関係を示した。図９の実験結果も、図７を用いて説明したのと同様に、点火プラグ６２の取付け角度を、０度、９０度、１８０度とした状態で計測したものである。接地電極６３ｂの向きが９０度である点火プラグ６２ｂ、および接地電極６３ｃの向きが１８０度である点火プラグ６２ｃでの電流値の変化量の平均値が略同一であり、接地電極６３ａの向きが０度である点火プラグ６２ａでの電流値の変化量の平均値は、この点火プラグ６２ｂおよび点火プラグ６２ｃの電流値の変化量の平均値よりも小さい。図９には、接地電極６３ａ〜６３ｃの向きを推定するために用いられる閾値Ｔｈ２が示されている。第２実施形態では、閾値Ｔｈ２を点火プラグ６２ａの電流値の変化量の平均値と、点火プラグ６２ｂ（または点火プラグ６２ｃでもよい）の電流値の変化量の平均値との間の所定値を、メモリ３２に予め記憶させて、接地電極６３の向きが０度か、０度以外かを判別することができる。

図１０に示すように、内燃機関の点火制御のフローは、第２実施形態の点火制御装置６０ｂのＥＣＵ３０が、点火制御プログラム３４を実行することによって実現される。第２実施形態の点火制御装置６０ｂが実行する内燃機関の点火制御のフローは、第１実施形態の点火制御装置６０が実行するフローとは、ステップＳ４０の代わりにステップＳ４２を実行する点と、ステップＳ６０からステップＳ９０の代わりにステップＳ６２からステップＳ９２を実行する点とで異なり、それ以外は第１実施形態のフローと同様である。

ＥＣＵ３０は、点火プラグ６２の点火制御を実行した時点で電流センサ６４によって検出される電流値と、クランク角を所定のクランクアングル分だけ経過した時点で検出される電流値とを取得してメモリ３２に一時的に記憶する（ステップＳ４２）。本実施形態において、所定のクランクアングル分だけ経過した時点とは、１０ＣＡを経過した時点で設定される。ＥＣＵ３０は、第１実施形態と同様に、検出回数Ｍが所定回数Ｍ_０となるまで各気筒４０の電流値の検出を繰り返す（ステップＳ５０）。第２実施形態において、所定回数Ｍ_０とは、統計処理としての電流値の変化量の平均値が意味を持つために十分な回数以上の回数をいう。所定回数Ｍ_０分の電流値の変化量データが取得された場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、メモリ３２に記憶された電流値を用いて、電流値の変化量の所定回数Ｍ_０分の平均値を算出する（ステップＳ６２）。ＥＣＵ３０は、この電流値の変化量の平均値と、メモリ３２に格納された閾値Ｔｈ２とを比較する（ステップＳ７２）。閾値Ｔｈ２以下となる気筒４０がない場合（Ｓ７２：ＮＯ）、ＥＣＵ３０による処理はＮＥＸＴに抜けて終了する。

閾値Ｔｈ２以下となる気筒４０がある場合（Ｓ７２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、電流値の変化量の平均値が閾値Ｔｈ２以下となる気筒４０が、複数の気筒４０のうち一部の気筒４０であるか、すべての気筒４０であるかを確認する（ステップＳ８２）。すべての気筒４０での電流値の変化量の平均値が閾値Ｔｈ２以下である場合、ＥＣＵ３０は点火時期αを補正することなく処理をＮＥＸＴに抜けて終了する。

一部の気筒４０での電流値の変化量の平均値が閾値Ｔｈ２以下である場合、ＥＣＵ３０は、複数の気筒４０うち点火時期αを補正する対象となる気筒４０とともに、補正値Δαの値を決定する（ステップＳ９２）。本実施形態において、電流値の変化量の平均値が閾値Ｔｈ２以下となった気筒４０、すなわち接地電極６３の角度が０度と推定される気筒４０、のみが、その点火時期αを補正する対象となる。本実施形態において、補正値Δαは、図６に示すように、接地電極６３の角度が０度の場合に発生する着火期間のずれ量に応じて予め設定される。他方、ＥＣＵ３０は、標準偏差が閾値Ｔｈ２より大きい気筒４０の補正を実行しない。本実施形態において、ＥＣＵ３０は、補正を実行する対象となる気筒４０を、学習済データとしてメモリ３２に記憶させる。ＥＣＵ３０による処理は、点火時期の補正を完了するとＮＥＸＴに抜けて処理を終了する。

ＥＣＵ３０による放電開始制御から予め定められた期間を経過した時点での点火プラグ６２を流れる電流値の変化量の平均値は、接地電極６３の向きの違いによる差が表れる。したがって、本実施形態の内燃機関の点火制御装置６０ｂによれば、接地電極６３の向きの違いを推定し、接地電極６３の向きに応じた点火時期制御を実行できる。これにより、気筒４０ごとの燃焼ばらつきを低減できる。また、第１実施形態で用いられた電流値の標準偏差と併せて統計的な処理をすることによって、接地電極６３の向きをより正確に推定することができる。

Ｃ．他の実施形態：
なお、この開示は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような形態での実施も可能である。

Ｃ１．他の実施形態１：
上記各実施形態において、放電開始の制御からの経過期間は、クランク角センサ２９によって検出されるクランク軸２８に回転角によって規定される。これに対して、放電開始の制御からの経過期間は、クランクアングルに限らず、カムポジションや計測される時間によって規定されてもよい。

Ｃ２．他の実施形態２：
上記各実施形態において、エンジン１１は、複数の気筒４０を有する。気筒４０は、複数に限らず単体であってもよい。このような態様においては、検出した電流値の統計的処理の結果から接地電極の向きを推定し、推定された接地電極の向きに合わせた放電タイミングを設定した点火時期制御を実行することができる。

Ｃ３．他の実施形態３：
上記各実施形態において、ＥＣＵ３０による電流値の統計的処理は、クランク軸２８の回転数が２０００ｒｐｍ以下の場合に実行される。これに対して、クランク軸の回転数は２０００ｒｐｍには限定されず、所望の回転数で設定されてもよい。

Ｃ４．他の実施形態４：
上記各実施形態において、ＥＣＵ３０による電流値の統計的処理は、低回転域である場合にのみ実行される。これに対して、ＥＣＵによる電流値の統計的処理は、例えば、高回転領域のように低回転域以外に実行される態様であってもよい。

Ｃ５．他の実施形態５：
上記各実施形態において、すべての気筒４０において、電流値の標準偏差が閾値Ｔｈ以下である場合、または電流値の変化量の平均値が閾値以下である場合には、点火時期の補正は実行されない。これに対して、すべての気筒に対して点火時期の補正を実行する態様であってもよい。このような態様においては、検出した電流値の統計的処理の結果からすべての接地電極の向きを推定してもよく、推定された接地電極の向きごとに設定された放電タイミングによる点火時期制御を実行することができる。

Ｃ６．他の実施形態６：
上記各実施形態において、ＥＣＵ３０による放電を開始する制御からの経過期間と電流値との関係の統計的処理には、標準偏差および変化量の平均値が用いられる。これに対して、統計的処理は、これに限られず、中央値や最頻値が用いられてもよい。また、平均値には、相加平均や相乗平均のほか、調和平均などの種々の平均が適用されてもよい。

Ｃ７．他の実施形態７：
上記各実施形態において、点火制御装置６０は、気筒４０ごとの電流値の統計的処理の結果を利用して、気筒４０ごとの点火プラグ６２に対する電圧印加のタイミングを制御する。これに加えて、点火制御装置６０は、冷却水温センサ２７によって取得される冷却水温が低い程、電圧印加のタイミングが早くなるように制御する態様であってもよい。例えば、点火制御装置６０によって補正される点火時期の補正値をΔα、Δαを求めるための電流値の統計的処理を表す関数を式ｇ（σ）、気筒４０の冷却水温Ｔｗと補正値Δαの重み付け量との関係を表す関数をｆ（Ｔｗ）としたとき、Δαを以下の式（１）によって表すことができる。式ｆ（Ｔｗ）では、冷却水温Ｔｗが低いほど値は大きくなる。
Δα＝ｆ（Ｔｗ）×ｇ（σ） ・・・（１）
式（１）によれば、冷却水温が低い程、Δαが大きくなる。すなわち、冷却水温が低いほど電圧印加のタイミングが早くなる。この形態の点火制御装置であれば、気筒４０内の燃焼効率に応じたタイミングで点火時期を制御できる。また、上述の冷却水温と同様に、吸気温センサ２１によって取得される吸気温が低いほど電圧印加のタイミングが早くなるように制御する態様であってもよい。

Ｃ８．他の実施形態８：
上記各実施形態において、点火制御装置６０は、気筒４０ごとの電流値の統計的処理の結果を利用して、気筒４０ごとの点火プラグ６２に対する電圧印加のタイミングを制御する。これに加えて、点火制御装置６０は、排出ガスセンサ２４によって取得される空燃比の値が大きい程、電圧印加のタイミングが早くなるように制御する態様であってもよい。例えば、点火制御装置６０によって補正される点火時期の補正値をΔα、Δαを求めるための電流値の統計的処理を表す関数をｇ（σ）、気筒４０の空燃比Ａ／Ｆと補正値Δαの重み付け量との関係を表す関数をｆ（Ａ／Ｆ）としたとき、Δαを以下の式（２）によって表すことができる。式ｆ（Ａ／Ｆ）では、空燃比Ａ／Ｆが大きいほど値は大きくなる。
Δα＝ｆ（Ａ／Ｆ）×ｇ（σ） ・・・（２）
式（２）によれば、空燃比が大きいほど電圧印加のタイミングが早くなる。すなわち、この形態の点火制御装置であれば、気筒４０内の燃焼効率に応じたタイミングで点火時期を制御できる。また、上述の空燃比と同様に、気筒４０内のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）率または空燃比が大きい程、点火時期が早くなるように制御する態様であってもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１１ エンジン、３０ ＥＣＵ、４０ 気筒、６０ 点火制御装置、６１ 中心電極、６２ 点火プラグ、６３ 接地電極、６４ 電流センサ、６８ 点火装置

Claims (9)

1. 内燃機関（１１）の点火制御装置（６０）であって、
   前記内燃機関の気筒（４０）に取付けられ、前記気筒内に放電用の電極（６１，６３）が配置される点火プラグ（６２）と、
   前記点火プラグに接続され、前記電極に高電圧を印加することで、前記気筒内の混合気に火花点火するための放電を発生させる点火装置（６８）と、
   前記電極での放電の開始により前記点火プラグの前記電極に流れる電流の電流値を検出する電流センサ（６４）と、
   前記放電の開始からの経過期間と前記電流値との関係を、前記火花点火の実施毎に検出して、前記関係を統計的に処理した結果に応じて、前記点火装置による前記高電圧の印加のタイミングを制御する制御部（３０）と、
   を備える、内燃機関の点火制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置であって、
   前記関係を統計的に処理した結果は、前記放電が開始されてから予め定められた期間を経過した時点での前記電流値の標準偏差である、内燃機関の点火制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の点火制御装置であって、
   前記関係を統計的に処理した結果は、前記放電が開始されてから予め定められた期間までの前記電流値の変化量の平均値である、内燃機関の点火制御装置。
4. 請求項２または請求項３のいずれかに記載の内燃機関の点火制御装置であって、
   更に、前記内燃機関の出力を回転運動として取り出すクランク軸（２８）の回転角を検出するクランク角センサ（２９）を備え、
   前記予め定められた期間は、前記回転角によって定められる、内燃機関の点火制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の点火制御装置であって、
   前記関係の統計的な処理は、前記クランク軸の回転数が、予め定められた回転数以下の場合にのみ実施される、点火制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
   前記内燃機関には、前記気筒が複数備えられ、
   前記制御部は、前記気筒ごとに前記関係の統計的な処理を実行し、前記気筒ごとに前記タイミングを制御する、点火制御装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
   前記気筒の冷却水温または吸気温が低い程、前記タイミングが早くなるように制御する、点火制御装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の点火制御装置であって、
   前記気筒内のＥＧＲ率または空燃比が大きいほど、前記タイミングが早くなるように制御する、点火制御装置。
9. 内燃機関（１１）の点火を制御する方法であって、
   放電用の電極（６１，６３）が気筒（４０）に設けられた点火プラグ（６２）に、予め定められた前記内燃機関の回転角で高電圧を印加して、前記電極に、前記気筒の内部の混合気に火花点火するための放電を生じさせ、
   前記電極での前記放電の開始により流れる電流の電流値を検出し、
   前記放電の開始からの経過期間と前記電流値との関係を、前記放電の実施毎に検出して統計的に処理し、
   前記統計的な処理の結果に応じて、前記高電圧の印加のタイミングを調整する内燃機関の点火制御方法。

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