JP2021050724A - 内燃機関制御装置及び点火装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンでは、副室内の発熱量が大きくなりやすいので異常燃焼を抑える必要があるが、点火プラグにセンサを追加すると点火プラグの製造コストが上がりやすい。【解決手段】ＥＣＵ２は、副室４２の温度を推定する副室温度推定部２１と、推定された副室４２の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、副室４２の温度が高くなるにつれて、副燃焼室の温度に対する点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで点火時期を遅らせる点火制御部２２と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関制御装置及び点火装置に関する。

従来、自動車のエンジンに設けられる内燃機関用の点火装置（点火コイルとも呼ぶ）は、主として、１次電流を流す１次コイルと、１次コイルに生じた磁束変化が相互誘導される２次コイル、及び１次電流の通電及び遮断を制御するイグナイタで構成されている。この点火装置は、点火制御装置（例えば、ＥＣＵ：Engine Control Unit）から出力される点火制御信号がオンからオフに変わって、１次電流が遮断されると、２次コイルに発生した高電圧によって点火プラグに放電火花が発生し、混合気を着火する。

近年の燃費規制の施行に伴い、点火装置には、小型化及び高出力化が要求されている。また、高電圧でも高い耐久性を有する点火装置が必要とされている。そこで、ピストンが往復運動することが可能であって、燃料が噴射されるシリンダ内の主燃焼室（「主室」と略記する）に対して、燃料に着火して生じた火炎ジェットを主室に導く副燃焼室（「副室」と略記する）と副室内に取り付けられる点火プラグを備えるエンジンが提供されつつある。

特許文献１には、「点火プラグを、シリンダヘッド側から燃焼室にプラグカバーを突出させて点火室と燃焼室とを連通孔にて連通させるようにシリンダヘッドに装着し、プラグカバー又は電極に対する熱負荷が過負荷となる過負荷状態であると判別すると、プラグカバー又は電極に対する熱負荷を減少させる側にエンジンの運転条件を変更する」と開示されている。

特開２０１１−１９７３４２号公報

ところで、点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンを使用すると、副室内の発熱量が大きくなりやすい。このため、車両の高負荷運転を継続すると、副室内壁の温度が上昇し、高温となった部位から異常燃焼（プレイグニッション）が発生するおそれがある。しかし、特許文献１に開示された点火プラグでは、副室内の圧力を検出する圧力センサや、放電電圧を検出するセンサを追加しなければならず、点火プラグの製造コストが上がりやすかった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの動作を制御することを目的とする。

本発明に係る内燃機関制御装置は、燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、主燃焼室に連通し、主燃焼室から混合気を取り込む副燃焼室と、副燃焼室に取り付けられ、副燃焼室の内部で混合気に点火する点火プラグと、点火プラグの点火時期を制御する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する。この内燃機関制御装置は、副燃焼室の温度を推定する副燃焼室温度推定部と、推定された副燃焼室の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、副燃焼室の温度が高くなるにつれて、温度に対する点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで点火時期を遅らせる点火制御部を備える。

本発明によれば、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、副燃焼室の温度を推定することで、点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの動作を制御することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載される制御装置を、シリーズ式ハイブリッド自動車に適用した例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＶＣＵのハードウェア構成例を示すブロック図である。 従来の点火プラグ及び点火装置の設置例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る点火プラグ及び点火装置の設置例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る副室温度の変化と、点火プラグの燃焼状態の変化との例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る点火装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵ及び点火装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵのハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る低温領域、中温領域、高温領域における副室温度と、点火時期及び主燃焼時期との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る点火制御信号、１次電流及び１次電圧の変化を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る点火時期と副室平均温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る副室温度が低温時に、点火制御部が点火時期を進角に変える制御の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る副室温度が低温時に、点火制御部が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る副室温度が高温時に、点火制御部が点火時期を遅角に変える制御の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る副室温度が高温時に、点火制御部が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る点火装置の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る点火制御信号及び２次電流の変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係る点火装置の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る点火装置の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る点火制御信号とイオン信号の変化の例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るイオン信号の積分値と、筒内の最高温度との関係を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載される制御装置を、シリーズ式ハイブリッド自動車に適用した例を示す概略構成図である。

ハイブリッド自動車１００は、内燃機関（エンジン１３）を駆動源として備える。ハイブリッド自動車１００には、ハイブリッド自動車１００の現在位置を取得するナビゲーション装置１１が設けられる。ナビゲーション装置１１は、ハイブリッド自動車１００の上空にある複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星が衛星電波に載せて送信したＧＰＳ信号を受信して現在位置を測位し、ハイブリッド自動車１００内の表示装置に表示された地図に現在位置を表示する。ナビゲーション装置１１による現在位置の測位には、携帯電話端末の基地局やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）のアクセスポイント等も併用されることがある。ナビゲーション装置１１が測位したハイブリッド自動車１００の現在位置の情報、及びハイブリッド自動車１００が走行する周辺及び目的地までの経路を含む地図情報は、自動車制御装置、すなわちＶＣＵ（Vehicle Control Unit）１に出力される。

ハイブリッド自動車１００のキャビン内には、アクセル開度センサ６及びブレーキスイッチ７が設けられる。アクセル開度センサ６は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出する。ブレーキスイッチ７は、ブレーキペダルが踏みこまれているか否かを検出する。

エンジン１３は、火花点火式燃焼を用いる自動車用の４気筒ガソリンエンジンであり、内燃機関の一例である。このエンジン１３は、エンジン１３を始動するためのスタータ１２を備えている。エンジン１３のクランク軸には、その回転角度を検出するためのクランク角センサ１０が備えられ、クランク軸の他端は、ジェネレータ１４に接続されている。

ジェネレータ制御装置、すなわちＧＣＵ（Generator Control Unit）３は、インバータ１５が所定電圧でバッテリ１６を充電可能となるようにインバータ１５を介してジェネレータ１４の駆動を制御する。ジェネレータ１４は、エンジン１３により駆動されて発電し、インバータ１５を介してバッテリ１６を充電する。

バッテリ制御装置、すなわちＢＣＵ（Battery Control Unit）４は、ＶＣＵ１からのバッテリ要求出力に基づいてバッテリ１６の充電及び放電を制御する。バッテリ１６には、バッテリ１６の内部電圧を計測するバッテリ電圧センサ９が設けられており、ＶＣＵ１は、バッテリ１６の電圧を常時確認する。

モータ制御装置、すなわちＭＣＵ（Motor Control Unit）５は、ＶＣＵ１からのモータ要求出力に基づいてインバータ１７及びモータ１８を制御する。インバータ１７には、電気的に接続されたバッテリ１６から電力が供給される。そして、インバータ１７は、バッテリ１６から放電される直流電力を交流電力に変換し、モータ１８に交流電力を供給する。モータ１８は、減速ギア１９を介して車輪２０と接続されている。また、車輪２０の駆動軸には、自動車速度センサ８が備えられている。

自動車速度センサ８、バッテリ電圧センサ９及びクランク角センサ１０から出力される各信号は、ＶＣＵ１に送られる。また、アクセル開度センサ６及びブレーキスイッチ７から出力される各信号もＶＣＵ１に送られる。

ＶＣＵ１は、内燃機関（エンジン１３）及び電動駆動部（モータ１８）の少なくとも一方の出力によって走行する自動車（ハイブリッド自動車１００）に搭載される。ＶＣＵ１は、アクセル開度センサ６の出力信号に基づいてドライバの要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ６は、エンジン１３及びモータ１８への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＶＣＵ１は、ブレーキスイッチ７の出力信号に基づいてドライバの減速要求の有無を判断する。また、ＶＣＵ１は、バッテリ電圧センサ９の出力信号に基づいてバッテリ１６の残電力量を演算する。また、ＶＣＵ１は、クランク角センサ１０の出力信号に基づいてエンジン１３の回転速度を演算する。そして、ＶＣＵ１は、上記各種センサの出力から得られるドライバ要求、及びハイブリッド自動車１００の運転状態に基づいてエンジン要求出力、モータ要求出力、バッテリ要求出力等の各装置の最適な動作量を演算する。

ＶＣＵ１で演算されたエンジン要求出力は、エンジン制御装置、すなわちＥＣＵ２に送られる。内燃機関制御装置（ＥＣＵ２）は、ＶＣＵ１からの要求出力に基づいて内燃機関（エンジン１３）の出力を制御する。具体的には、ＥＣＵ２は、燃料噴射部、点火部、スロットルバルブに加えて、スタータ１２の制御を実施する。また、ＶＣＵ１で演算されたモータ要求出力は、ＭＣＵ５に送られる。また、ＶＣＵ１で演算されたバッテリ要求出力は、ＢＣＵ４に送られる。

次に、第１の実施の形態におけるＶＣＵ１の内部構成について説明する。
図２は、ＶＣＵ１のハードウェア構成例を示すブロック図である。

アクセル開度センサ６、ブレーキスイッチ７、自動車速度センサ８、バッテリ電圧センサ９及びクランク角センサ１０から出力された各出力信号は、ＶＣＵ１の入力回路１ａに入力する。ただし、入力信号は、これらに限られるものではない。入力回路１ａに入力された各センサの入力信号は、入出力ポート１ｂ内の入力ポート（不図示）に送られる。入力ポートに送られた値は、ＲＡＭ１ｃに保管され、ＣＰＵ１ｅで演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ１ｄに予め書き込まれている。

制御プログラムに従って演算された制御対象（エンジン１３、ジェネレータ１４、バッテリ１６、モータ１８等）の作動量を示す値は、ＲＡＭ１ｃに保管された後、入出力ポート１ｂ内の出力ポート（不図示）に送られ、各出力部を経て各装置に送られる。ここでは、出力部として、エンジン制御出力部１ｆ、モータ制御出力部１ｇ、バッテリ制御出力部１ｈ、ジェネレータ制御出力部１ｉがある。これらの各出力部の回路は、ＥＣＵ２、ＭＣＵ５、ＢＣＵ４、ＧＣＵ３に接続されている。図２では、ＶＣＵ１に対し、制御対象の制御装置（ＥＣＵ２、ＭＣＵ５、ＢＣＵ４及びＧＣＵ３）を別に設けたが、この形態に限定されるものではなく、各装置の制御装置に該当する機能部をＶＣＵ１内に備えてもよい。

＜従来の点火プラグ＞
ここで、本実施の形態に係る点火プラグについて説明する前に、従来の点火プラグの構成例及び動作例について、図３を参照して説明する。
図３は、従来の点火プラグ１１０及び点火装置１２０の設置例を示す図である。点火装置１２０は、点火プラグ１１０のすぐ近くに設置される。

点火プラグ１１０には、点火プラグ１１０に高電圧を印加する点火装置１２０が接続されている。また、インテークマニホールド１０１にはインジェクタ１０６が設けられている。インジェクタ１０６は、ＥＣＵが出力する燃料噴射指令に従って燃料噴射を行う。インテークマニホールド１０１から吸気される空気と、インジェクタ１０６から噴射された燃料とが混合された混合気は、燃焼室１０７に供給される。この混合気は、エンジンのシリンダ１０８に設けられたピストン１０５が下降し、吸気バルブ１０２が開いた瞬間から燃焼室１０７内に導入される。

その後、吸気バルブ１０２が閉じ、ピストン１０５の上昇の過程で圧縮された混合気は、圧縮上死点の直前付近において着火する。混合気の着火は、点火装置１２０が点火プラグ１１０に高電圧を印加して、電極１１１（接地電極及び中心電極）に発生した火花放電により行われる。火花放電の様子は、図中に破線で示す領域１１２内に示される。火花放電で着火した混合気は、急速に膨張してピストン１０５を押し下げ、エンジントルクを発生させる。その後、ピストン１０５が上昇し、排気バルブ１０４が開いた瞬間から排気ガスがエキゾーストパイプ１０３へ排出される。

燃焼室１０７内では、電極１１１で発生した火花放電を起点として混合気の着火が開始する。混合気に着火して発生する熱の熱発生率は、ピストン１０５のクランク角との関係で表される。図３の下側に示す熱発生率の変化を示すグラフが曲線Ｌ１〜Ｌ４として表される。曲線Ｌ１が最も高トルクの状態を表し、曲線Ｌ４が最も低トルクの状態を表す。そして、曲線Ｌ２、Ｌ３は、曲線Ｌ１より低く、曲線Ｌ４より高いトルクの状態を表す。

＜点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの構成例＞
次に、第１の実施の形態に係る点火プラグの構成例及び動作例について、図４を参照して説明する。なお、本実施の形態では、点火プラグ４０に副室４２を形成する副室形成部材４５が取り付けられ、副室形成部材４５と一体となった点火プラグ４０がエンジン１３に取り付けられる構成で説明する。但し、本発明はこの構成には限定されず、副室４２を形成する副室形成部材４５がエンジンに取り付けられ、この副室形成部材４５に点火プラグ４０が取り付けられる構成であっても良い。これらのいずれの場合であっても図４を用いて説明する。

図４は、第１の実施の形態に係る点火プラグ４０及び点火装置５０の設置例を示す図である。内燃機関（エンジン１３）は、燃料噴射装置（インジェクタ３６）が噴射する燃料と、吸気系（インテークマニホールド３１）から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストン（ピストン３５）に面する主燃焼室（主室３７）で燃焼するシリンダ（シリンダ３８）と、主燃焼室（主室３７）に連通し、主燃焼室（主室３７）から混合気を取り込む副燃焼室（副室４２）と、副燃焼室（副室４２）に取り付けられ、副燃焼室（副室４２）の内部で混合気を点火する点火プラグ（点火プラグ４０）と、点火プラグ（点火プラグ４０）の点火時期を制御する点火装置（点火装置５０）と、を備える。点火プラグ４０に高電圧を印加する点火装置５０は、点火プラグ４０のすぐ近くに設置される。

なお、図４に示すインテークマニホールド３１、吸気バルブ３２、エキゾーストパイプ３３、排気バルブ３４、ピストン３５、インジェクタ３６、主室３７及びシリンダ３８の機能は、図３に示したインテークマニホールド１０１、吸気バルブ１０２、エキゾーストパイプ１０３、排気バルブ１０４、ピストン１０５、インジェクタ１０６、燃焼室１０７及びシリンダ１０８と同様であるため、詳細な説明を省略する。

点火プラグ４０は、電極４１（接地電極及び中心電極）を備えており、副室形成部材４５により電極４１が覆われて副室４２（副燃焼室の一例）が形成される。副室４２は、主室３７（「主燃焼室」の一例）内に貫通して設置される。副室４２の先端に形成された複数の孔４３は、主室３７内にあり、圧縮行程にてピストン３５の上昇に伴い孔４３を通過した混合気が副室４２内に取り込まれる。そして、燃焼行程にて、点火装置５０が電極４１に印加した高電圧により、副室４２内で電極４１が火花放電を発生する。火花放電により副室４２内で生じた火炎は、孔４３を通過して主室３７に複数の火炎ジェット４４として噴出し、混合気を多点着火する。火炎ジェット４４により燃焼した混合気がピストン３５を押し下げる。

図４の下側に示す熱発生率の変化を示すグラフが曲線Ｌ１１〜Ｌ１４として表される。曲線Ｌ１１が最も高トルクの状態を表し、曲線Ｌ１４が最も低トルクの状態を表す。そして、曲線Ｌ１２、Ｌ１３は、曲線Ｌ１１より低く、曲線Ｌ１４より高いトルクの状態を表す。また、曲線Ｌ１１〜Ｌ１４の熱発生率が０より大きくなる期間は、混合気が燃焼する燃焼期間であることを表す。

図３と図４に示したように、従来の点火プラグ１１０と、本実施の形態に係る点火プラグ４０とは、燃焼方式が異なり、かつ燃焼速度が異なる。すなわち、従来の点火プラグ１１０では、燃焼室１０７内で混合気を着火するのに対し、本実施の形態に係る点火プラグ４０では、副室４２内で混合気を着火する。このため、図３と図４より、本実施の形態に係る点火プラグ４０の燃焼速度は、従来の点火プラグ１１０の燃焼速度よりも高いことが示される。

図５は、副室温度の変化と、点火プラグ４０の副室４７内の燃焼状態（「副室内燃焼の状態」と呼ぶ）の変化との例を示す図である。
図５の上側には、横軸を時間［秒］、縦軸を温度［℃］とした副室温度とエンジン冷却水温度の変化が２種類のグラフで表されている。始めは低温だった副室温度は、時間経過に伴い中温（２００℃超〜８００℃）、高温（８００℃超）へと変化する。

始めに、副室温度が低温であるときの副室内燃焼の状態について説明する。例えば、エンジン１３の始動直後は副室温度が低温である。このため、副室４２内で生じた火炎の温度が不足し、副室４２内で消炎してしまう。このように副室温度が低温のときは、点火プラグ４０が失火又は燃焼不安定の状態となる。

次に、副室温度が中温であるときの副室内燃焼の状態について説明する。点火時期が一定の場合、時間経過に伴い、副室温度が高くなると、混合気の燃焼時期も変化する。例えば、比較的高温時の曲線Ｌ１１と、比較的低温時の曲線Ｌ１３との燃焼時期が異なる。つまり、副室温度が高温の時に比べて、副室温度が低温になるほど主室３７内で熱発生が起こるまでに時間がかかることが分かる。

副室温度が低くなるほど主燃焼時期が遅れる理由として、副室４２内で発生する火炎が副室４２内を伝播する速度（「火炎伝播速度」と呼ぶ）が変化することが挙げられる。副室温度が高温になるほど火炎伝播速度が速くなる。このため、孔４３から主室３７に噴出する火炎ジェット４４の噴出タイミングも早くなる。一方で、副室温度が低温になるほど火炎伝播速度が遅くなり、火炎ジェット４４の噴出タイミングも遅くなる。そこで、理想的には、曲線Ｌ１１，Ｌ１３の熱発生の重心時期が、最適燃費となる一定のクランク角で一致していることが望ましい。そこで、ＥＣＵ２は、曲線Ｌ１１，Ｌ１３の熱発生の重心時期が、最適燃費となる一定のクランク角で一致するように、点火プラグ４０の点火タイミングを進角又は遅角に制御する必要がある。

次に、副室温度が高温であるときの副室内燃焼の状態について説明する。副室温度が、例えば、８００℃を超える高温になると、点火プラグ４０の電極４１が火花放電する前に混合気が自着火しやすくなる。このように副室温度が高温のときは、点火プラグ４０で異常燃焼が発生した状態となる。このため、点火プラグ４０の異常燃焼を抑制しなければ、エンジン１３にダメージが加わってしまう。そこで、副室４２を有する点火プラグ４０の点火時期を調整可能とする点火装置５０について以下に説明する。

次に、第１の実施の形態に係る点火装置５０の内部構成例と機能構成例について図６と図７を参照して説明する。
図６は、点火装置５０の構成例を示す図である。

点火装置５０は、点火部５１、１次電流検出部５５、ダイオード５７及び抵抗５８を備える。点火装置５０が備える各部は、各シリンダが備える点火装置５０のプラグキャップ内にまとめて配置される。

そして、点火部（点火部５１）は、１次電流が通電される１次コイル（１次コイル５２）と、点火制御信号がオンされたときに１次コイル（１次コイル５２）に１次電流を通電し、点火制御信号がオフされたときに１次電流を遮断するイグナイタ（イグナイタ５４）と点火制御信号がオフされたイグナイタ（イグナイタ５４）が１次電流を遮断したことで発生する２次電流を電極（電極４１）に出力する２次コイル（２次コイル５３）と、を含む。１次コイル５２には、例えば、バッテリ１６から＋１２Ｖの電圧が印加されて、１次電流が流れる。１次コイル５２と２次コイル５３は、点火プラグ４０に高圧電流を与えるイングニッションコイルの一例である。また、１次コイル５２に対する２次コイル５３の巻き数比は、例えば、１００倍である。

ＥＣＵ２からイグナイタ５４に供給される点火制御信号がオンされている間、バッテリ１６（図１を参照）から供給される１次電流が、点火部５１の１次コイル５２を経て、イグナイタ５４のコレクタからエミッタに出力される。エミッタは、１次電流検出部５５に設けられた抵抗５６を介して接地されている。１次電流検出部（１次電流検出部５５）は、抵抗５６を通電される１次電流を検出すると、ＥＣＵ２に１次電流の値を含む点火装置情報を出力する。

一方、２次コイル５３の一端は点火プラグ４０の電極４１に接続され、２次コイル５３の他端はダイオード５７のアノードに接続される。ダイオード５７のカソードは、抵抗５８を介して接地されている。

ＥＣＵ２から供給される点火制御信号がオフされると、イグナイタ５４を流れる１次電流が遮断される。このとき、１次コイル５２には磁界変化が発生し、自己誘導により１次電圧が発生する。さらに、１次コイル５２と磁気回路及び磁束を共有する２次コイル５３には相互誘導により、巻き数比に応じた高い２次電圧が発生する。そして、２次電圧が点火プラグ４０の電極４１に印加され、電極４１で火花放電が発生する。また、２次コイル５３に２次電圧が誘起されて発生した２次電流が、ダイオード５７、抵抗５８を流れる。

図７は、ＥＣＵ２及び点火装置５０の機能構成例を示すブロック図である。ここでは、適宜、図９に示す副室温度Ｔ_High、Ｔ_Lowを参照してＥＣＵ２及び点火装置５０が備える機能部の構成例及び動作例について説明する。

ＥＣＵ２は、副室温度推定部２１と点火制御部２２とを備える。
副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火装置（点火装置５０）から取得する点火装置情報に基づいて副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。この副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、１次コイル（１次コイル５２）にエネルギーをチャージするチャージ期間における１次電流の時間変化に基づいて副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。ここで、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオン又はオフされたことで、１次電流検出部（１次電流検出部５５）が検出する１次電流の変化に基づいて、副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。

点火制御部（点火制御部２２）は、図６に示したイグナイタ（イグナイタ５４）のオン又はオフを切り替える点火制御信号を点火装置（点火装置５０）に出力する。この点火制御信号により、イグナイタ５４が１次電流を通電し、又は遮断するタイミングが切り替わり、点火部５１が点火プラグ４０を点火するタイミングが制御される。そして、１次電流が遮断されると、２次コイル５３が昇圧し、点火プラグ４０の電極４１に高電圧を印加して、電極４１から火花放電が発生する。本実施の形態に係る点火装置５０は、副室温度が、中温領域、高温領域、低温領域のいずれであるかによって点火時期を異ならせる。そこで、図９に示すように、中温領域と高温領域の境となる副室温度をＴ_Highと呼び、低温領域と中温領域の境となる副室温度をＴ_Lowと呼ぶ。つまり、低温領域は、室温度Ｔ_Low以下の領域であり、中温領域は、副室温度Ｔ_Lowより高くＴ_High以下の領域であり、高温領域は、Ｔ_Highより高い領域である。ここで、第１設定温度（副室温度Ｔ_High）は、プレイグニッションで混合気が着火し始める温度であり、例えば、７００℃〜８００℃である。第２設定温度（副室温度Ｔ_Low）は、中温領域で混合気の燃焼が安定し始める温度であり、常温（２０℃）から１００℃の間である。

図８は、ＥＣＵ２のハードウェア構成例を示すブロック図である。

ＶＣＵ１のエンジン制御出力部１ｆ（図２を参照）から出力された出力制御信号は、ＥＣＵ２の入力回路２ａに入力する。また、入力回路２ａに入力された出力制御信号は、入出力ポート２ｂ内の入力ポート（不図示）に送られる。入力ポートに送られた値は、ＲＡＭ２ｃに保管され、ＣＰＵ２ｅで演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２ｄに予め書き込まれている。また、点火装置５０から出力された点火装置情報が、副室温度推定部２１に入力する。そして、副室温度推定部２１が推定した副室温度のデータは、エンジン１３のシリンダ３８ごとに時系列でＲＡＭ２ｃに保管される。

なお、副室温度推定部２１と点火制御部２２は、いずれもＣＰＵ２ｅで演算処理され、各機能が実現される。ＥＣＵ２は、エンジン１３に設けられる各センサが検出した制御量に基づいて、エンジン１３の動作を制御する様々な他の機能部をも有しているが、ここでは他の機能部を不図示とする。

制御プログラムに従って演算された制御対象（点火装置５０等）の作動量を示す値は、ＲＡＭ２ｃに保管された後、入出力ポート２ｂ内の出力ポート（不図示）に送られ、出力部を経て制御対象に送られる。ここでは、出力部として、点火制御部２２がある。点火制御部２２は、点火装置５０に点火制御信号を出力する。

次に、副室温度の高低に応じた点火プラグ４０の点火制御の例について説明する。
図９は、低温領域、中温領域、高温領域における副室温度と、点火時期及び主燃焼時期との関係を示すグラフである。
図９の上側には、副室温度と、点火プラグ４０の点火時期との関係を示すグラフが表される。このグラフは、横軸に副室温度、縦軸に点火時期で表される。

図９にて、一点鎖線で表される直線Ｌ２０は、エンジン１３の燃費を最適とするときに決定される、副室温度の高低に応じた点火プラグ４０の点火時期を表す。図中に示す直線Ｌ２１，Ｌ２２は副室温度Ｔ_Lowの時に傾きが変わり、直線Ｌ２２、Ｌ２０は副室温度Ｔ_Highの時に傾きが変わる。

中温領域では、点火プラグ４０の燃焼状態が安定している。このため、点火装置５０は、点火プラグ４０の点火時期を最適化（ＭＢＴ：Minimum advance for the Best Torque）する。つまり、点火制御部（点火制御部２２）は、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）により推定された副燃焼室（副室４２）の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、副燃焼室（副室４２）の温度が高くなるにつれて、副燃焼室（副室４２）の温度に対する点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで点火時期を遅らせる。ここで、副燃焼室（副室４２）の温度が中温領域に含まれる場合に、点火制御部（点火制御部２２）は、内燃機関が最大トルクを発生する点火時期に合わせて、第１減少度合いを決定する。このとき、本実施の形態に係る点火時期の制御の様子を表す直線Ｌ２２と、エンジン１３の燃費を最適とする直線Ｌ２０とはほぼ一致する。

図５に示したように、高温領域では、点火プラグ４０の点火前に混合気が自着火しやすい。そこで、点火装置５０は、点火プラグ４０の点火時期を直線Ｌ２０に示す従来の遅角よりも、直線Ｌ２３に示す過遅角（「点火過遅角」と呼ぶ）として点火時期を遅らせ、副室４２を降温する制御を行う。つまり、点火制御部（点火制御部２２）は、副燃焼室（副室４２）の温度が第１設定温度より高い高温領域に含まれる場合に、副燃焼室（副室４２）の温度が高くなるにつれて、第１減少度合いよりも大きい第２減少度合いで点火時期を遅らせる。この制御により、副室温度が下がり、混合気の自着火（プレイグニッション）を避けることができる。

また、図５に示したように、低温領域では、点火プラグ４０の燃焼状態が不安定となりがちである。このため、点火装置５０は、点火プラグ４０の点火時期を直線Ｌ２０に示す従来の進角よりも、直線Ｌ２１に示す過進角（「点火過進角」と呼ぶ）として点火時期を早めて、副室４２を昇温する制御を行う。逆に言えば、点火制御部（点火制御部２２）は、副燃焼室（副室４２）の温度が中温領域の下限である第２設定温度以下である低温領域に含まれる場合に、副燃焼室（副室４２）の温度が高くなるにつれて、第１減少度合いより大きい第３減少度合いで点火時期を遅らせる。この制御により、副室温度が上がり、混合気の失火や不完全燃焼を避けることができる。

図９の下側には、副室温度と主燃焼時期との関係を示すグラフが表される。このグラフは、横軸に副室温度、縦軸に主燃焼時期で表される。図９にて、一点鎖線で表される直線Ｌ３０は、直線Ｌ２０と同様に、エンジン１３の燃費を最適とする燃費最適点に基づいて決定される、副室温度の高低に応じた点火プラグ４０の主燃焼時期を表す。図中に示す直線Ｌ３１，Ｌ３２は副室温度Ｔ_Lowの時に傾きが変わり、直線Ｌ３２、Ｌ３０は副室温度Ｔ_Highの時に傾きが変わる。

副室内燃焼の状態が不安定となりがちな低温領域では、点火装置５０は、主燃焼時期を、直線Ｌ３０に示す従来の時期よりも、直線Ｌ３１に示すように早める。このため、副室温度が低温領域であって冷却損失が大きい状態の点火プラグ４０の副室４２を早く昇温し、副室温度を上げやすくなる。つまり、副室４２を従来よりも早く暖め、冷却損失を抑えることができる。

中温領域では、点火プラグ４０の燃焼状態が安定している。このため、本実施の形態に係る点火プラグ４０の主燃焼時期の様子を表す直線Ｌ３２と、燃費最適点を表す直線Ｌ３０と一致する。

点火プラグ４０の点火前に混合気が自着火しやすい高温領域では、点火装置５０は、主燃焼時期を、直線Ｌ３０に示す従来の時期よりも、直線Ｌ３３に示すように遅らせる。このため、副室温度が高温領域であって冷却損失が小さい状態の点火プラグ４０の副室４２を早く降温し、副室温度を下げやすくなる。つまり、冷却損失を大きくすることで、副室４２が従来よりも早く冷える。

図１０は、点火制御信号、１次電流及び１次電圧の変化を示すグラフである。ここでは、図６に示した点火装置５０の回路図を参照して説明する。

図１０の上側には、点火制御部２２が、点火制御信号をオフからオンした後、再びオフしたタイミングが示される。点火制御信号がオフされると、点火プラグ４０が点火することが図中に示される。

図１０の中側には、１次電流検出部５５が点火プラグ４０の１次電流を検出して得た電流波形、及び１次電圧の電圧波形のグラフが示される。１次電流のグラフ６１では、副室温度が低温の時における１次電流の変化を実線で表し、グラフ６２では、副室温度が高温の時における１次電流の変化を破線で表す。１次電流及び１次電圧の時間変化は、１次電流検出部５５が検出した１次電流の値を含む点火装置情報を受け取った副室温度推定部２１が判断する。

１次電流の電流波形に示すように、副室温度が低温の時には、１次コイル５２のコイル抵抗が低いので、１次電流が１次コイル５２を流れやすい。このため、時間ｔ１１にて点火制御信号がオンされてから、１次コイル５２に１次電流のエネルギーがチャージされるまでに要する時間が短く、図中に領域６１ａとして示すように１次電流の傾きが急である。一方で、副室温度が高温になると、１次コイル５２のコイル抵抗が高くなり、１次電流が１次コイル５２を流れにくくなる。このため、時間ｔ１１にて点火制御信号がオンされてから、１次コイル５２に１次電流のエネルギーがチャージされるまでに要する時間が長くなり、１次電流の傾きが鈍化する。

また、副室温度が低温の時には、図中に領域６２ａとして示すように、時間ｔ１２にて点火制御信号がオフに変化したときに、１次電流の値が、点火制御信号をオンする前と同じ値にすぐ戻る。一方で、副室温度が上がると、１次コイル５２のインダクタンスが増加し、１次電流のアンダーシュート量も増加する。

そこで、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオンされて流れる１次電流の単位時間当たりの増加量が、低温領域における１次電流の単位時間当たりの増加量より少なくなることにより副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。そして、点火制御部（点火制御部２２）は、推定された副燃焼室（副室４２）の温度に基づいて、点火時期を遅らせる。

図１０の下側には、図１０の領域６２ａの拡大図が示される。この拡大図では、副室温度が低温、中温、高温の時に現れる１次電流が時間変化する様子が示される。この図より、副室温度が上昇するにつれて、１次電流のアンダーシュート量が増加し、１次電流の値が、点火制御信号をオンする前と同じ値に戻るまでに時間がかかることが分かる。

そこで、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオフされて１次電流が、点火制御信号がオンされる前の値に戻るときのアンダーシュート量により副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。そして、点火制御部（点火制御部２２）は、推定された副燃焼室（副室４２）の温度に基づいて、点火時期を遅らせる。図１０に示したように副室温度が上がるにつれて１次電流のアンダーシュート量が大きく変化するため、副室温度推定部２１は、アンダーシュート量に応じて副室温度を推定することが可能である。

なお、図１０の中側に示す１次電圧のグラフ６３では、副室温度が低温の時における１次電圧の変化を実線で表し、グラフ６４では、副室温度が高温の時における１次電圧の変化を破線で表す。また、１次電圧の電圧波形に示すように、副室温度が低温の時と、高温の時とで、時間ｔ１１にて点火制御信号がオンされてから、１次コイル５２に１次電流のエネルギーがチャージされるまでの１次電圧は同じように変化する。

しかし、時間ｔ１２にて点火制御信号がオフされたタイミングで、副室温度が低温である方の１次電圧が、副室温度が高温である方の１次電圧よりも高くなるように変化する。その後、副室温度が高温の時に１次電圧が、点火制御信号がオンされる前の値に戻る時間は、副室温度が低温の時に元の値に戻る時間よりも長くなる。そこで、副室温度推定部２１は、１次電流検出部５５が検出した１次電流を１次電圧に変換して１次電圧の変化を求めることで、副室温度が低温領域又は高温領域のいずれにあるかを判断できる。

そして、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオフされて１次コイル（１次コイル５２）に印加される１次電圧が、点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。そして、点火制御部（点火制御部２２）は、推定された副燃焼室（副室４２）の温度に基づいて、点火時期を遅らせる。

ここで、点火制御部２２が点火時期を遅角に変えて副室温度を下げる制御について、図１１を参照して説明する。
図１１は、点火時期と副室平均温度との関係を示すグラフである。このグラフは、横軸に点火時期［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸に副室平均温度［℃］で表される。圧縮行程のＴＤＣ（上死点）を０ｄｅｇとする。また、図中のλは、空気過剰率を表す。一般に、λ＝１の混合気が理論混合気を表し、λ＞１の混合気がリーン混合気を表し、λ＜１の混合気がリッチ混合気を表す。

図中に示すように、空気過剰率λが、１．０、１．１、１．２と大きくなるにつれて、点火時期が遅角になったときの副室平均温度の減少量が大きくなる。そこで、ＥＣＵ２の点火制御部２２（図７を参照）は、点火時期を遅角に変える（例えば、点火時期を−１０ｄｅｇから−５ｄｅｇに変える）ことで、高い副室温度を下げるように制御することが可能となる。

＜点火時期を変える処理の例＞
ここで、点火制御部２２が点火装置５０の点火部５１の動作を制御して、副室温度が低温時又は高温時に点火時期を変える処理の例について、図１２〜図１５を参照して説明する。

（副室温度が低温時の処理の例）
図１２は、副室温度が低温時に、点火制御部２２が点火時期を進角に変える制御の例を示すフローチャートである。
図１３は、副室温度が低温時に、点火制御部２２が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。このグラフは、横軸に時間（サイクル）、縦軸に副室冷機判定フラグ、１次電流特徴量、推定副室温度、点火時期で表される。

始めに、副室温度推定部２１は、点火装置５０から出力される点火装置情報を読み込む（Ｓ１）。点火装置情報には、例えば、１次電流検出部５５が検出した１次電流の値等が含まれる。このとき、図１３に示すように、副室冷機判定フラグは「１」の状態である。

次に、副室温度推定部２１は、読み込んだ点火装置情報に基づいて、１次電流の特徴量（「１次電流特徴量」と呼ぶ）を検出する（Ｓ２）。なお、１次電流特徴量は、実質的に１次電流の値を示す物理量である。図１３に示すように、時間経過と共に１次電流特徴量が増加する。

次に、副室温度推定部２１は、１次電流特徴量に基づいて、副室温度を推定する演算処理を行う（Ｓ３）。図１３に示すように、１次電流特徴量が大きくなるにつれて、副室温度推定部２１が推定した副室温度（「推定副室温度」と呼ぶ）も大きくなる。そして、副室温度推定部２１は、推定副室温度を点火制御部２２に出力する。

次に、点火制御部２２は、副室４２が冷機状態であるか否かを判定する。この判定は、推定副室温度が、温度閾値Ｔ_Lowよりも小さいか否かで行われる（Ｓ４）。推定副室温度が、時間ｔ２１にて温度閾値Ｔ_Lowよりも小さい場合（Ｓ４のＹＥＳ）、点火制御部２２は、副室４２が冷機状態であると判断し、副室冷機判定フラグを「１」として、点火プラグ４０の点火時期を進角とする制御を行う（Ｓ５）。そして、ステップＳ５の後、再びＳ１に戻って、副室温度推定部２１と点火制御部２２が本処理を繰り返す。

このようにして、点火制御部２２は、副室４２を早く昇温することができる。ただし、図９に示したように、点火制御部２２は、副室温度が低温領域であって、副室温度が上昇していれば、進角にしていた点火時期を、時間経過に従って第３減少度合いで遅らせる。

一方、時間ｔ２１以降になると、推定副室温度が、温度閾値Ｔ_Lowより高くなる（Ｓ４のＮＯ）。このとき、点火制御部２２は、副室４２が冷機状態でないと判断し、点火プラグ４０の点火時期を変えずに本処理を終了する。

なお、１次電流が大きくなると、副室温度推定部２１が演算する推定副室温度も上がる。そして、推定副室温度が、温度閾値Ｔ_Low以上になると、副室４２が冷機状態ではなくなり、中温領域に達する。そこで、点火制御部２２は、副室冷機判定フラグを「０」に変え、点火時期も遅らせていく。

（副室温度が高温時の処理の例）
図１４は、副室温度が高温時に、点火制御部２２が点火時期を遅角に変える制御の例を示すフローチャートである。
図１５は、副室温度が高温時に、点火制御部２２が点火時期を調整するタイミングを示すグラフである。このグラフは、横軸に時間（サイクル）、縦軸に副室過熱判定フラグ、１次電流特徴量、推定副室温度、点火時期で表される。

始めに、副室温度推定部２１は、点火装置５０から出力される点火装置情報を読み込む（Ｓ１１）。このとき、図１５に示すように、副室過熱判定フラグは「０」の状態である。

次に、副室温度推定部２１は、読み込んだ点火装置情報の変化に基づいて、１次電流特徴量を検出する（Ｓ１２）。図１５に示すように、１次電流が増加すると、１次電流特徴量が大きくなる。ただし、副室温度が高温であるため、１次電流特徴量の増加速度は、図１３に示した副室温度が低温であるときの増加速度よりも遅い。

次に、副室温度推定部２１は、１次電流特徴量に基づいて、副室温度を推定する演算処理を行う（Ｓ１３）。図１５に示すように、１次電流特徴量が大きくなるにつれて、推定副室温度も大きくなる。そして、副室温度推定部２１は、推定副室温度を点火制御部２２に出力する。

次に、点火制御部２２は、推定副室温度が、過熱状態であるか否かを判定する。この判定は、推定副室温度が、温度閾値Ｔ_Highよりも大きいか否かで行われる（Ｓ１４）。時間ｔ３１にて推定副室温度が、温度閾値Ｔ_Highよりも大きくなると（Ｓ１４のＹＥＳ）、点火制御部２２は、副室過熱判定フラグを「１」に変え、点火プラグ４０の点火時期を遅角とする（Ｓ１５）。そして、ステップＳ１５の後、再びステップＳ１１に戻って副室温度推定部２１と点火制御部２２が本処理を繰り返す。このため、副室温度が下がり、時間ｔ３２にて副室温度が温度閾値Ｔ_High以下となる。

一方、推定副室温度が、温度閾値Ｔ_High以下である場合（Ｓ１４のＮＯ）、点火制御部２２は、点火時期を変えず、再びＳ１１に戻って本処理を繰り返す。このため、副室温度の過熱が防がれる。ただし、図９に示したように、点火制御部２２は、副室温度が高温領域であれば、遅角にしていた点火時期を、時間経過に従って第１減少度合いでさらに遅らせる。

なお、１次電流特徴量が下がり始めると、副室温度推定部２１が演算する推定副室温度も下がる。そして、時間ｔ３２にて推定副室温度が、温度閾値Ｔ_High以下になると、点火制御部２２は、副室過熱判定フラグを「０」に変え、点火時期も元に戻す。

以上説明した第１の実施の形態に係るＥＣＵ２では、副室形成部材４５により形成された副室４２に取り付けられる点火プラグ４０に対して、新たなセンサを設けることなく、副室温度を推定し、点火プラグ４０の点火時期を調整することが可能である。ここで、副室温度が低温領域にあるときには、点火制御部２２が、点火プラグ４０の点火時期を進角して副室４２を早めに昇温する。このため、副室温度が低温であることで生じうる失火や不完全燃焼を防止する。また、副室温度が高温領域にあるときには、点火制御部２２が、点火プラグ４０の点火時期を遅角して副室温度を降温する。このため、点火プラグ４０が過熱することで生じうるノック等の異常燃焼を防止する。このように点火プラグ４０の点火時期が調整されることで、エンジン１３が過負荷のときだけでなく、エンジン１３の始動直後の低負荷のときにも、点火プラグ４０が火花放電して発生する火炎の燃焼状態を安定化することが可能となる。

ここで、副室温度推定部２１は、１次電流検出部５５が検出した１次電流の１次電流特徴量に基づいて、推定副室温度を演算する。このため、副室温度を検出するための新たな温度センサを副室４２内に設けなくてもよく、点火プラグ４０の構成を簡素化し、作成コストを抑えることができる。また、計測対象として１次電流又は１次電圧を用いることで、点火プラグ４０の火花放電による影響を抑制しつつ、副室温度を推定することが可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図１６と図１７を参照して説明する。
図１６は、点火装置５０Ａの構成例を示す説明図である。

点火装置５０Ａは、点火部５１、抵抗５６、ダイオード５７及び２次電流検出部５９を備える。なお、点火装置５０Ａのブロック図は不図示とするが、図７に示した点火装置５０のブロック図から１次電流検出部５５を２次電流検出部５９に代えたものとなる。

点火装置５０Ａでは、点火装置５０が備える１次電流検出部５５に代えて、２次電流を検出し、２次電流の値を含む点火装置情報を副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）に出力する２次電流検出部（２次電流検出部５９）を備えており、この２次電流検出部５９が、抵抗５８を流れる２次電流を検出する。そして、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火装置情報から取得する２次電流の変化に基づいて、副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。

図１７は、点火制御信号及び２次電流の変化を示すグラフである。上述したように点火制御信号は、点火装置５０Ａから点火プラグ４０に出力され、２次電流の時間変化は、２次電流検出部５９が検出した２次電流の電流情報を受け取った点火制御部２２が判断する。

図１７の上側には、点火制御部２２が、点火制御信号をオフからオンした後、再びオフするタイミングが示される。図中には、点火制御信号がオフされたタイミングで、点火プラグ４０が点火することが示される。

図１７の下側には、２次電流検出部５９が点火プラグ４０の２次電流を検出して得た電流波形のグラフが示される。２次電流のグラフ７１では、副室温度が低温の時における２次電流の変化を実線で表し、グラフ７２では、副室温度が高温の時における２次電流の変化を破線で表す。図１６に示した点火装置５０Ａの回路図を参照して各部の動作を説明する。

例えば、副室温度が低温の時には、２次コイル５３自体の抵抗が低いので、２次電流が２次コイル５３を流れやすい。このため、時間ｔ４１にて点火装置５０Ａで点火制御信号がオンされてから、イグナイタ５４のコレクタからエミッタに１次電流が流れている間、２次電流は変化しない。その後、時間ｔ４２にて点火制御信号がオフされると、図中に領域７２ａとして示すように、２次コイル５３を２次電流が一気に流れる。

副室温度が低温の時には、２次コイル５３の抵抗が小さいので、２次コイル５３を流れる２次電流が点火プラグ４０に流れる時間は短く、２次電流の傾きが急であるため、２次電流の値はすぐに元に戻る。一方で、副室温度が高温になると、２次コイル５３自体の抵抗や、電極４１の抵抗が高くなり、２次電流が点火プラグ４０を流れにくくなる。このため、点火制御信号がオフされてから、２次電流が点火プラグ４０に流れる時間が長くなるので、２次電流の傾きが鈍化する。このように低温領域又は高温領域のいずれかに副室温度が含まれる場合に、点火制御信号のオフ時に現れる２次電流のグラフが変化する。

そこで、副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオフされて増加する２次電流が減少して、点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。そして、点火制御部（点火制御部２２）は、推定された副燃焼室（副室４２）の温度に基づいて、点火時期を遅らせる。

以上説明した第２の実施の形態に係る点火装置５０Ａでは、２次電流検出部５９が検出した２次電流の電流情報がＥＣＵ２に出力される。そして、ＥＣＵ２の副室温度推定部２１は、点火装置５０Ａから入力される２次電流の電流情報に基づいて、副室温度を推定し、点火制御部２２は、推定された副室温度に合わせて点火プラグ４０の点火タイミングを変えることができる。

なお、第１の実施の形態に係る点火装置５０の１次電流検出部５５と、第２の実施の形態に係る点火装置５０Ａの２次電流検出部５９とを備える点火装置を設けてもよい。そして、ＥＣＵ２の副室温度推定部２１は、検出された１次電流及び２次電流の電流情報に基づいて、副室温度を推定し、点火制御部２２は、推定された副室温度に合わせて点火プラグ４０の点火タイミングを変えてもよい。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図１８を参照して説明する。
図１８は、点火装置５０Ｂの構成例を示す説明図である。点火装置５０Ｂは、第１の実施の形態に係る点火装置５０の構成をベースとするが、副室温度推定部８１及び点火時期調整部８２を備える点が異なる。ＥＣＵ２から副室温度推定部２１が除かれるので、点火装置５０ＢからＥＣＵ２に点火装置情報は出力されない。

点火装置５０Ｂは、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成される。点火装置５０Ｂは、ＥＣＵ２が点火時期を判断せずに出力した点火制御信号を受け取っても、点火プラグ４０の点火タイミングを調整することができる。そこで、点火装置（点火装置５０Ｂ）は、内燃機関制御装置（ＥＣＵ２）からの指示（点火制御信号の受信）に基づいて、点火時期を制御して点火プラグ（点火プラグ４０）を動作させることが可能である。そして、点火装置（点火装置５０Ｂ）は、副燃焼室（副室４２）の温度を推定する副燃焼室温度推定部（副室温度推定部８１）と、副燃焼室（副室４２）の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、副燃焼室（副室４２）の温度が高くなるにつれて、副燃焼室（副室４２）の温度に対する点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで点火時期を遅らせる点火時期調整部（点火時期調整部８２）と、を備える。

副燃焼室温度推定部（副室温度推定部８１）は、１次コイル（１次コイル５２）にエネルギーをチャージするチャージ期間における１次電流の時間変化に基づいて副燃焼室（副室４２）の温度を推定する。
点火時期調整部（点火時期調整部８２）は、点火制御部（点火制御部２２）から入力される点火制御信号に基づいて、推定された副燃焼室（副室４２）の温度に応じて調整した点火時期で点火制御信号をイグナイタ（イグナイタ５４）に出力する。例えば、点火時期調整部８２は、点火制御部２２から点火制御信号が入力すると、イグナイタ５４に点火制御信号を出力する時期を早めたり遅くしたりすることで、推定副室温度に応じて点火タイミングを進角又は近くに変える調整（「点火調整」と呼ぶ）を行う。ここで、点火時期調整部８２は、第１の実施の形態に係る点火制御部２２が行った、副室温度が低温である時の処理（図１２を参照）、副室温度が高温である時の処理（図１４を参照）に従って点火調整することが可能である。

以上説明した第３の実施の形態に係る点火装置５０Ｂでは、副室温度推定部８１が推定した副室温度に基づいて、点火時期調整部８２が点火プラグ４０の点火タイミングを調整する。このため、ＥＣＵ２では点火タイミングを調整する処理を行う必要がなく、ＥＣＵ２の処理負荷を減らすことができる。また、点火装置５０Ｂは、点火プラグ４０の状況に応じて、点火プラグ４０に合わせた点火タイミングを調整することができる。

なお、第２の実施の形態に係る点火装置５０Ａが備える２次電流検出部５９を、１次電流検出部５５に代えてもよい。この場合であっても、副室温度推定部８１は、検出された２次電流の電流情報に基づいて、副室温度を推定し、点火時期調整部８２は、推定副室温度に応じて点火プラグ４０の点火タイミングを調整することができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る点火装置の構成例について、図１９〜図２１を参照して説明する。本実施の形態に係る点火装置は、点火プラグの電極を流れるイオン電流を検出して、副室温度を推定するものである。
図１９は、点火装置５０Ｃの構成例を示す説明図である。

点火装置５０Ｃは、上述した各実施の形態における点火部５１、１次電流検出部５５に加えて、イオン電流検出部９０を備える。
イオン電流検出部９０は、キャパシタ９１、キャパシタ９１に並列接続された充電電圧制御用のツェナーダイオード９２、キャパシタ９１に接続される電圧変換用抵抗９３を備える。また、イオン電流検出部９０は、キャパシタ９１とツェナーダイオード９２と電圧変換用抵抗９３の接続点とＧＮＤ部分とを接続する２次電流経路ダイオード９４、電圧変換用抵抗９３を介してキャパシタ９１をＧＮＤ部分に接続するイオン電流経路ダイオード９５を備える。

ＥＣＵ２から点火装置５０Ｃに供給される点火制御信号がオンであると、イグナイタ５４を経て、１次コイル５２に１次電流が流れる。点火制御信号がオフになり１次電流が遮断されると、２次コイル５３に起電力が発生し、点火プラグ４０の先端に高電圧がかかって、火花放電が生じる。火花放電により、内燃機関（エンジン１３）のシリンダ３８内にある混合気が点火される。

点火プラグ４０に放電火花が発生すると、イオン電流検出部９０の矢印９６の方向に沿って２次電流が流れる。２次コイル５３の電圧が減少し、ツェナーダイオード９２の降伏電圧（例えば１００Ｖ）よりも低くなると、電流はキャパシタ９１に流れ込み、キャパシタ９１に電荷がチャージされる。

火花放電により電極４１に生じた火炎は、火炎ジェット４４（図４を参照）として主室３７内に噴出する。副室４２内には燃焼過程の中間生成物として、ケミカルイオンやサーマルイオンといったイオンが存在している。点火プラグ４０の放電火花が消滅し、２次電流が流れなくなると、キャパシタ９１に蓄積されている電荷が放出され、２次コイル５３を介して点火プラグ４０にイオン電流検出用電圧が印加される。この電圧印加によって点火プラグ４０の電極４１にイオン電流が発生する。この時、点火プラグ４０には、火花放電時に電荷がチャージされたキャパシタ９１によって電圧（例えば１００Ｖ）がかかっている。点火プラグ４０は、キャパシタ９１が印加した電圧により副室４２内の陽イオン及び電子を捕捉するため、イオン電流検出部９０の矢印９７の方向にイオン電流が流れる。このイオン電流は、ＧＮＤ部分を介してイオン電流経路ダイオード９５へ流れ、電圧変換用抵抗９３によって電圧変換された後、イオン電流の大きさに応じた電圧がイオン信号９８としてＥＣＵ２に送られる。

このため、イオン電流検出部（イオン電流検出部９０）は、電極（電極４１）での火花放電が収まった後に電極（電極４１）に流れるイオン電流を検出し、イオン信号９８を出力する。
副燃焼室温度推定部（副室温度推定部２１）は、点火制御信号がオフされてから発生するイオン信号９８の積分値の形状パターンに基づいて混合気が正常燃焼したことを判定した場合に、副燃焼室（副室４２）の温度を推定し、推定した副燃焼室（副室４２）の温度の情報を点火制御部（点火制御部２２）に出力する。

図２０は、点火制御信号とイオン信号の変化の例を示す図である。図２０にて、イオン信号９８に関しては、正常燃焼時の例を示している。このグラフで横軸には時間が表される。

イオン信号には３つの山が現れる特徴がある。１つ目の山１２１は点火装置５０Ｃにイオン電流検出部９０が内蔵されている場合に見られる波形であり、時刻ｔ５１〜ｔ５２の間（Δｔａ）で発生する。時刻ｔ５１で点火制御信号が入力された際にイオン電流検出部９０に流れたイオン電流がイオン信号として出力される。実際には副室４２内には燃焼火炎は存在しないタイミングなので、このイオン信号はノイズとして処理される。

２つ目の山１２２は、時刻ｔ５１から充電時間Δｔａ後の時刻ｔ５２で点火制御信号が遮断され、点火プラグ４０の電極４１に火花が飛んだ後に見られる波形であり、時刻ｔ５２〜ｔ５３の間（Δｔｂ）で発生する。電極４１に火花が飛んでいる間はイオン信号を検出できないものの、その後、イオン電流検出部９０は、燃焼初期火炎中のイオン成分を検出する。
３つ目の山１２３は、燃焼火炎が燃焼室全体に燃え広がる過程で検出される波形であり、時刻ｔ５３〜ｔ５４の間（Δｔｃ）で発生する。イオン電流検出部９０は、主燃焼部分の火炎中のイオン成分を検出し、副室温度推定部２１がΔｔｃでイオン信号の積分値Ｓ（ｉ）を算出する。

図２１は、イオン信号の積分値Ｓ（ｉ）と、筒内の最高温度との関係を示した図である。図２１では、エンジン負荷やエンジン回転数、空燃比など、様々なパラメータを変化させて取得した結果がプロットされている。

図２１より、イオン信号は筒内最高温度と強い相関があり、筒内最高温度［Ｋ］が高いほどイオン信号積分値Ｓ（ｉ）が大きくなることがわかる。例えば、エンジン負荷が大きい条件では筒内最奥温度が上昇するため、イオン信号積分値も増加する。副室温度推定部２１は、図２１に示す相関により、イオン信号積分値に基づいて、筒内最高温度を求めることができる。そして、点火制御部２２は、筒内最高温度の変化に基づいて、副室温度を推定し、点火時期を遅くしたり、早くしたりする点火制御を行うことができる。

以上説明した第４の実施の形態に係る副室温度推定部２１では、イオン信号を積分することで、副室４２内で正常燃焼が行われているか、ノック又は失火が発生していないかを判断することが可能となる。そして、副室温度推定部２１は、副室４２内が正常燃焼であると判定した場合に、イオン電流の変化に基づいて、筒内最高温度を求める。このように、点火プラグ４０の電極を流れるイオン電流に基づいて、筒内最高温度が求められるため、点火制御部２２は、筒内最高温度の変化に基づいて、点火時期を遅くしたり、早くしたりする点火制御を行うことが可能となる。この際、副室温度推定部２１が、低温領域、中温領域、高温領域のいずれかに副室温度が含まれると判定した場合に、点火制御部２２は、各領域に合わせて、点火時期を進角又は遅角する制御を行うことは、第１の実施の形態に係るＥＣＵ２と同様である。

［変形例］
なお、燃料噴射装置（インジェクタ３６）は、吸気系（インテークマニホールド３１）、主燃焼室（主室３７）、及び副燃焼室（副室４２）の少なくともいずれか一つに設置される。例えば、上述した各実施の形態では、ポート噴射式のインジェクタ３６を採用した例について説明したが、主室３７に直接燃料を噴射可能な直噴式のインジェクタ３６を採用してもよい。また、インジェクタ３６は、点火プラグ４０の副室４２に設けられ、副室４２内に燃料を直接噴射する構成としてもよい。

また、高温領域における第２減少度合い、低温領域における第３減少度合いは同じとしてよいし、異なってもよい。ただし、第２及び第３減少度合いは、いずれも第１減少度合いとは異なるものとする。

また、副室４２の壁内に、例えば、熱電対等の温度センサを設置し、ＥＣＵ２は、この温度センサが検出した値に基づいて、副室温度を直接計測してもよい。このように副室温度を直接計測できれば、計測した温度の精度が向上し、点火プラグ４０の点火タイミングを一層適切に制御することができる。

また、副室４２の壁内に、圧力センサを設置し、副室４２内の燃焼状態を計測してもよい。そして、ＥＣＵ２は、燃焼状態に基づいて、副室温度を推定してもよい。圧力センサを用いることで、温度以外の燃焼状態を検知することが可能となる。

また、上述した各実施の形態では、ハイブリッド自動車１００のエンジン１３に、内部に点火プラグ４０を有する副室４２を設けた例について説明したが、エンジンのみを動力源として有する自動車やバイク等の車両に適用してもよい。また、例えば、発電機で用いられる内燃機関に、上述した各実施の形態に係る副室を設けて、発電機制御装置が、１次電流又は２次電流から推定した副室温度から適切な点火タイミングとなるように変更する制御を行ってもよい。

本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…ＶＣＵ、１ｆ…エンジン制御出力部、２…ＥＣＵ、１３…エンジン、２１…副室温度推定部、２２…点火制御部、３６…インジェクタ、３７…主室、４０…点火プラグ、４１…電極、４２…副室、５０…点火装置、５１…点火部、５２…１次コイル、５３…２次コイル、５４…イグナイタ、５５…１次電流検出部

Claims (15)

1. 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
   前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
   前記副燃焼室に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気に点火する点火プラグと、
   前記点火プラグの点火時期を制御する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、
   前記副燃焼室の温度を推定する副燃焼室温度推定部と、
   推定された前記副燃焼室の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記副燃焼室の温度に対する前記点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで前記点火時期を遅らせる点火制御部と、を備える
   内燃機関制御装置。
2. 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火装置から取得する点火装置情報に基づいて前記副燃焼室の温度を推定する
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記点火制御部は、前記副燃焼室の温度が第１設定温度より高い高温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記第１減少度合いよりも大きい第２減少度合いで前記点火時期を遅らせる
   請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記点火制御部は、前記副燃焼室の温度が前記中温領域の下限である第２設定温度以下である低温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記第１減少度合いより大きい第３減少度合いで前記点火時期を遅らせる
   請求項３に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記第１設定温度は、プレイグニッションで前記混合気が着火し始める温度であり、
   前記第２設定温度は、前記中温領域で前記混合気の燃焼が安定し始める温度であり、
   前記副燃焼室の温度が前記中温領域に含まれる場合に、前記点火制御部は、前記内燃機関が最大トルクを発生する点火時期に合わせて、前記第１減少度合いを決定する
   請求項４に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記点火装置は、
   １次電流が通電される１次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記１次コイルに前記１次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記１次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記１次電流を遮断したことで発生する２次電流を電極に出力する２次コイルと、を含む点火部を有し、
   前記副燃焼室温度推定部は、１次コイルにエネルギーをチャージするチャージ期間における前記１次電流の時間変化に基づいて前記副燃焼室の温度を推定し、
   前記点火制御部は、前記イグナイタのオン又はオフを切り替える点火制御信号を前記点火装置に出力する
   請求項５に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記点火装置は、前記１次電流を検出する１次電流検出部を備え、
   前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオン又はオフされたことで、前記１次電流検出部が検出する前記１次電流の変化に基づいて、前記副燃焼室の温度を推定する
   請求項６に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオンされて流れる前記１次電流の単位時間当たりの増加量が、前記低温領域における前記１次電流の単位時間当たりの増加量より少なくなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
   前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
   請求項７に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて前記１次電流が、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るときのアンダーシュート量により前記副燃焼室の温度を推定し、
   前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
   請求項７に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて前記１次コイルに印加される１次電圧が、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
    前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
    請求項７に記載の内燃機関制御装置。
11. 前記点火装置は、
    １次電流が通電される１次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記１次コイルに前記１次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記１次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記１次電流を遮断したことで発生する２次電流を電極に出力する２次コイルと、を含む点火部と、
    前記２次電流を検出し、前記２次電流の値を含む前記点火装置情報を前記副燃焼室温度推定部に出力する２次電流検出部と、を有し、
    前記副燃焼室温度推定部は、前記点火装置情報から取得する前記２次電流の変化に基づいて、前記副燃焼室の温度を推定する
    請求項５に記載の内燃機関制御装置。
12. 前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされて増加する前記２次電流が減少して、前記点火制御信号がオンされる前の値に戻るまでの時間が長くなることにより前記副燃焼室の温度を推定し、
    前記点火制御部は、推定された前記副燃焼室の温度に基づいて、前記点火時期を遅らせる
    請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
13. 前記点火装置は、
    １次電流が通電される１次コイルと、点火制御信号がオンされたときに前記１次コイルに前記１次電流を通電し、前記点火制御信号がオフされたときに前記１次電流を遮断するイグナイタと、前記点火制御信号がオフされた前記イグナイタが前記１次電流を遮断したことで発生する２次電流を電極に出力する２次コイルと、を含む点火部と、
    前記電極での火花放電が収まった後に前記電極に流れるイオン電流を検出し、イオン信号を出力するイオン電流検出部と、を有し、
    前記副燃焼室温度推定部は、前記点火制御信号がオフされてから発生する前記イオン信号の積分値の形状パターンに基づいて前記混合気が正常燃焼したことを判定した場合に、前記副燃焼室の温度を推定し、推定した前記副燃焼室の温度の情報を前記点火制御部に出力する
    請求項５に記載の内燃機関制御装置。
14. 前記燃料噴射装置は、前記吸気系、前記主燃焼室、及び前記副燃焼室の少なくともいずれか一つに設置される
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
15. 燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
    前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
    前記副燃焼室に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気に点火する点火プラグと、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置からの指示に基づいて、点火時期を制御して前記点火プラグを動作させる点火装置であって、
    前記副燃焼室の温度を推定する副燃焼室温度推定部と、
    推定された前記副燃焼室の温度が第１設定温度以下である中温領域に含まれる場合に、前記副燃焼室の温度が高くなるにつれて、前記副燃焼室の温度に対する前記点火時期の変化量で規定される第１減少度合いで前記点火時期を遅らせる点火時期調整部と、を備える
    点火装置。

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